home

Квантово-механическое исследование разрушения поверхности наносистем на основе карбида титана под действием растягивающих напряжений

?
Computational nanotechnology

1-2015

ISSN 2313-223X

2. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1. КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТИ НАНОСИСТЕМ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ТИТАНА ПОД
ДЕЙСТВИЕМ РАСТЯГИВАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Заводинский Виктор Григорьевич, доктор физ.-мат. наук, профессор, директор. Институт
материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской
Академии Наук. E-mail: vzavod@mail.ru
Аннотация: Методами теории функционала плотности и псевдопотенциала исследовано разрушение поверхности нанопроволок TiC под действием растягивающих напряжений. Изучено влияние окисления и нитридизации поверхности, а также влияние царапины атомарного масштаба. Показано, что окисление атомарно гладкой поверхности TiC ведет к облегчению процесса разрушения, в то время как нитридизация делает поверхность прочнее. Влияние царапины, в основном, проявляется в том, что связи между атомами,
прилегающими к царапине, укорачиваются и делаются прочнее, в результате чего разрушение приповерхностного слоя начинается на некотором расстоянии от царапины, на краях наносистемы. Исследование поверхности TiC, имеющей царапину атомарного масштаба, показывает, что такая царапина может быть весьма эффективно залечена атомами кобальта.
Ключевые слова: моделирование, трещины, поверхность, карбид титана

2.1. QUANTUM-MECHANICS STUDY OF THE SURFACE DESTRUCTION
OF THE TITANIUM CARBIDE BASED NANOSYSTEMS UNDER THE
STRETCHING TENSIONS
Zavodinsky Victor G., the Doctor of Science in Physics and Mathematics, professor, director. Institute
for Material Studies, Khabarovsk Scientific Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences. E-mail: vzavod@mail.ru
Abstract: The destruction of the TiC nanowire surface under stretching tension was studied with methods of the
density functional theory and pseudo-potential. Influence of the surface oxidation and nitridization was investigated as well as influence of the atomic scale scratch. It was shown that oxidation of a smooth TiC surface rules to simplification of the destruction process, while the surface nitridization makes it more stronger. Influence of scratch
results in shortening and strengthening of atomic bonds near the scratch, thus destruction of undersurface layer
begins at some distance from the scratch, at edges of the nanosystem. Investigation of the TiC surface having the
atomic scale scratch shows that such scratch can be healed effectively by atoms of cobalt.
Index terms: modeling; cracks; surface; titanium carbide

Введение
Излишне говорить, какую важную роль играют трещины в уменьшении прочности материалов. Стремительно развивающиеся нанотехнологии заставляют исследователей обратить особое внимание на образование трещин
в нанообъектах, так как в этом случае размеры
трещин могут быть сравнимы с размерами деталей и инструментов. Если говорить о теоретическом изучении таких объектов, то наибо-

лее адекватным подходом является квантовомеханическое моделирование.
Настоящая работа посвящена моделированию начальной стадии образования трещин на
поверхности нанопроволок TiC в рамках теории функционала плотности [1,2]. В твердых
сплавах, используемых для резания, чаще используется карбид вольфрама, однако нами
выбран в качестве исследуемого материала
карбид титана, поскольку он обладает более

20