고온에서 SiC 결정의 탄성율에 대한 분자동역학연구
Molecular dynamic studies for elastic constant of SiC crystal at high temperature
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초록
SiC 세라믹스는 가볍고, 우수한 고온 강도 및 온도 안정성을 지니고 있어 고온 구조용 디바이스에 많이 응용되고 있다. 본 논문에서는 분자동역학을 이용하여 다양한 온도에서 SiC 결정의 탄성율 특성을 분석하고자 하였다. 이를 위하여 SiC 결정을 모델링하여 구성 원자 사이에 Tersoff 포텐셜을 적용하고, 분자동역학 프로그램인 LAMMPS S/W를 이용하여 상온부터 1,250oC까지 응력-변위 거동(stress-strain behavior) 및 탄성율 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과, SiC 결정은잘 알려진 바와 같이 저온에서 탄성변형 특성을 보이지만, 1,000oC 이상의 고온에서 높은 변위를 인가할 경우, 약간의 소성변형 특성을 보이는 것으로 나타났다. 또한 상온부터 1,250oC까지 온도가 증가함에 따라 SiC 결정의 탄성율은 약 475 GPa 부터 425 GPa의 범위에서 변화하는 것으로 분석되었다.
Abstract
Silicon carbide (SiC) ceramics are widely used in the application of high-temperature structural devices due to their light weight as well as superior hardness, fracture toughness, and temperature stability. In this paper, we employed classical molecular dynamics simulations using Tersoff’s potential to investigate the elastic constants of the SiC crystal at high temperature. The stress-strain characteristics of the SiC crystal were calculated with the LAMMPS software and the elastic constants of the SiC crystal were analyzed. Based on the stress-strain analysis, the SiC crystal has shown the elastic deformation characteristics at the low temperature region. But the slight plastic deformation behavior was shown as applied the high strain over 1,000oC. Also the elastic constants of the SiC crystal were changed from about 475 GPa to 425 GPa as increased the temperature to 1,250oC.
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