Огородников В.В.  

Компьютерное моделирование атомных механизмов деформации и разрушения тугоплавких карбидов металлов методом молекулярной динамики

Особо тугоплавкие материалы, к которым, прежде всего, относятся карбиды переходных металлов IV-VI групп (Тпл до 4000ºС), обладают также особо высокой твердостью и хрупкостью, что обусловило их широкое применение в инструментальной обрабатывающей и абразивной промышленности. Естественным является применение этих материалов и в конструкциях высокотемпературного назначения, особенно в атомной и авиакосмической технике. При этом к ним предъявляются все новые требования, не только как к огнеупорным материалам с пассивной стойкостью к высоким температурам, но и как к конструкционным материалам, заменяющим металлические сплавы, теряющие свою конструкционную прочность при температурах выше 1200ºС.
Из-за природной твердости и хрупкости тугоплавких соединений, а также низкой стойкости к высокотемпературному окислению ряда из них, они не могут применяться в чистом виде. Поэтому изобретаются разнообразные составы новых композитов и технологических приемов их получения с целью придать им конструкционные свойства, сохраняющиеся хотя бы до 1400-1600ºС.  В отличие от традиционных тугоплавких сплавов,  высокотемпературные композиты еще не имеют такой же мощной материаловедческой базы и исследования носят, в основном, эмпирический характер.  Это требует большого объема трудоемких и высокозатратных исследований.

Молекулярно-динамическое моделирование является новым перспективным направлением в теоретическом материаловедении, использующим высокоэффективные вычислительные средства и специальное программное обеспечение для исследования свойств материалов на атомистических моделях. Особый интерес представляют модели, имитирующие реальную атомную структуру материала, в которой содержатся различные кристаллографические дефекты, примеси, легирующие элементы, фазовые составляющие и т. п. Компьютерные программы и модели позволяют осуществить быстрый перебор  элементного состава, структурных состояний, внешних факторов и других многочисленных параметров, определяющих свойства и поведение композитов в заданных условиях. Конечно, это становится возможным лишь при создании достаточно реалистических и развитых моделей. Теоретические расчеты в этом случае приобретают вид вычислительных, или компьютерных, экспериментов, облегчая в какой-то мере эмпирические поиски.