一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法技术

本发明专利技术公开了一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法，包括以下步骤：步骤一：运用Material Studio建立初始模型，设置原子分组和电荷数；步骤二：运用lammps编写脚本，模拟二氧化硅的熔融过程；步骤三：设置模拟参数，模拟水氧在无定型二氧化硅中的扩散过程；步骤四：数据处理与分析；本发明专利技术方法可准确有效的计算水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数，为氧化动力学模型的建立奠定基础；本发明专利技术方法从微纳观尺度分析原子扩散过程，可清楚直观观测原子位置变化，手段新颖；本发明专利技术方法适用于不同环境下的模拟，克服试验研究条件苛刻、耗费巨大等缺点，更加经济安全。

A study method of diffusion coefficient of water vapor and oxygen in amorphous silica

【技术实现步骤摘要】
一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法
本专利技术属于扩散系数研究
，特别涉及一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法。
技术介绍
连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC复合材料)具备高比强度、比刚度、耐高温、耐腐蚀、低密度等特性，能有效的实现热端部件的减重，是航空发动机热端部件重要的候选材料。航空发动机以航空煤油作为主要燃料，其主要成分为碳氢化合物(CxHy)。CxHy和来自压气机的外界气流燃烧后会产生大量的水蒸气(约10％)和碳氧化物。当SiC/SiC复合材料处于富含氧气(O2)和水蒸气(H2O)的高温(900～1300℃)环境中时，SiC基体和纤维会和环境中的O2反应而生成无定型SiO2，形成致密氧化膜，H2O一方面会与SiO2反应生成Si(OH)4气体，使得SiO2层厚度变薄。另一方面，H2O会与O2扩散进入SiO2层与内部的SiC基体和纤维进行反应，从而导致其力学性能快速衰退，进而造成材料寿命的衰减。扩散/界面协同控制理论表明，O2和H2O穿过SiO2层到达SiO2/SiC界面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：运用Material Studio建立初始模型，设置原子分组和电荷数；/n步骤二：运用lammps编写脚本，模拟二氧化硅的熔融过程；/n步骤三：设置模拟参数，模拟水氧在无定型二氧化硅中的扩散过程；/n步骤四：数据处理与分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：运用MaterialStudio建立初始模型，设置原子分组和电荷数；
步骤二：运用lammps编写脚本，模拟二氧化硅的熔融过程；
步骤三：设置模拟参数，模拟水氧在无定型二氧化硅中的扩散过程；
步骤四：数据处理与分析。


2.根据权利要求1所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：
运用MaterialStudio软件，导出α-SiO2单胞模型，建立超胞，在竖直向上的Z方向两端表面Si原子连接O-H键，使Si原子价态饱和，在Z方向扩充区域并放置水分子和氧气分子，建立扩散初始构型，并设置SiO2中Si原子、O原子、O-H中H原子、水分子中O原子和水分子中H原子的电荷并导出data文件。


3.根据权利要求1所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：
选取模拟过程单位，设置周期性边界条件及截断半径；
从晶态SiO2制备无定型二氧化硅的步骤为：固定H2O分子和O2分子坐标，控制系统的温度和压强，经过两次降温获得非晶态SiO2模型，充分弛域后获得稳定结构；
制备无定型二氧化硅过程，选用Morse函数描述SiO2原子间相互作用，



其中，为Si原子、O原子中任意两个原子间作用力，D0、γ为Morse势函数作用参数，Rij为Si原子、O原子、H原子中任意两个原子间距离，R0为截断半径，e为2.7182；
通过计算非晶态SiO2样本的径向分布函数，描述样本的径向分布函数曲线；将样本的系统RDF第一个波峰的位置以及Si-O第一谷和第二峰的位置与实验数据进行对比。


4.根据权利要求3所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法，其特征在于，所述步骤二中，模拟过程单位是real，设置周期性边界条件，截断半径为

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【专利技术属性】
技术研发人员：孙志刚，陈壮壮，陈西辉，宋迎东，牛序铭，熊严，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32