考虑晶格缺陷的单晶4H-碳化硅纳米划擦过程分子动力学仿真研究

摘要

关于具有晶格缺陷的单晶碳化硅（SiC）纳米磨削机理尚未完全明晰，通过分子动力学仿真模拟系统，对含晶格缺陷的单晶碳化硅进行了纳米划擦机理的研究.建立了包括金刚石磨粒和具有不同晶格缺陷的4H-SiC仿真模型，通过分子动力学仿真揭示了不同缺陷类型对原子间势能、温度、应力和加工性能等关键参数的影响.研究发现，空位缺陷会造成工件原子间势能的不稳定，进而导致划擦后工件温度升高至671 K，而位错缺陷则显示出相对的稳定性.在纳米划擦过程中，含有位错缺陷的晶体展现了最高的平均范式等效应力，达到5.29 GPa.相比之下，存在空位缺陷的晶体表现出较低的应力，为5.07 GPa.这一结果揭示了空位缺陷能够降低材料的屈服强度，从而促进原子移除过程；而位错缺陷则提升了屈服强度，对原子的去除构成了阻碍.此外，空位缺陷抑制了位错成核并减小了损伤层厚度，而位错缺陷导致了明显的位错形成和更深的损伤层.

关键词

碳化硅 / 晶格缺陷 / 分子动力学 / 纳米划擦 / 损伤层厚度