基于平面波方法的 $\beta$-SiC 弹性性能、稳定性与理想强度研究

本文基于赝势平面波（PP-PW）方法和局域密度泛函理论（LDFT），研究了 $\beta$-SiC 在 various 加载模式下的能量学、应力-应变关系、稳定性及理想强度，其中包括沿 [001] 和 [111] 方向的均匀单轴伸长与拉伸、双轴比例伸长。计算了平衡态的晶格常数、弹性常数与模量，结果与实验数据良好吻合。在沿 [111] 方向加载时，四条沿 [111]、[\bar{1}11]、[11\bar{1}] 和 [1\bar{1}1] 方向的 Si-C 键并不相同，因而必须考虑内部松弛及相应的内部位移。我们发现，在加载初期，内部位移通过 shuffle 和 glide 平面导致四条 Si-C 键长度差异减小，但在后续加载中，这种差异会增大，从而导致在 {111} shuffle 平面上裂纹萌生并发生脆性断裂。相应的理论强度为 50.8 GPa，与最近的实验值 53.4 GPa 良好吻合。然而在沿 [001] 方向加载时，四方对称性下内部松弛并不重要，对沿 [001] 的单轴拉伸计算了弹性常数。基于刚度系数的稳定性分析，我们发现 spinodal 与 Born 不稳定在几乎相同的应变下被激活，这与以前的分子动力学模拟结果一致。在双轴比例伸长期间，应力和强度随双轴加载比例成比例变化，同时在相同的纵向应变下。