АТОМЫ УГЛЕРОДА В МЕЖДОУЗЛИЯХ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЁТКИ ЦЕМЕНТИТА: AB INITIO МОДЕЛИРОВАНИЕ
Аннотация
В предшествующих работах было показано, что железная подрешётка структуры цемен-тита Fe3C содержит четыре типа междоузлий, в которых потенциально могут располагаться атомы углерода: «нормальные» и «искажённые» призматические поры (НПП, ИПП) и «нор-мальные» и «искажённые» октаэдрические поры (НОП, ИПП). Расстояния от центров пор до центров окружающих их z атомов железа составляют 1,99–2,04 Å (НПП, z = 6); 1,80–1,87 Å (НОП, z = 6); 1,62 Å (ИПП, z = 4) и 1,25 Å (ИОП, z = 2). Обычно считается, что все атомы угле-рода находятся в НПП. В данной работе остальные варианты размещения атомов углерода ис-следованы при помощи расчётов «из первых принципов» методом FP-LAPW в программном пакете WIEN2k и суперячейки, состоящей из 16 атомов (4 формульных единицы Fe3C).
Структура, в которой все атомы углерода находятся в НПП, обладает наименьшей энер-гией и объёмом. При размещении всех атомов углерода в НОП энергия повышается на 0,267 эВ/атом С, а объём увеличивается на 9,20 %. Если из НПП в НОП переходит лишь один из четырёх атомов углерода, прирост энергии и объёма составляет соответственно 0,233 эВ/атом С и 3,59 %. Структура, в которой один атом углерода находится в ИПП, а ос-тальные три в НПП, обладает энергией на 0,452 эВ/атом С и объёмом на 3,75 % больше, чем при размещении всех их в НПП. Структуры, в которых все атомы углерода находятся в ИПП, а также в которых один или все четыре атома углерода находятся в ИОП, механически не-стабильны и самопроизвольно переходят в обычную структуру цементита с углеродом в НПП. Термодинамические оценки, основанные на полученных данных, свидетельствуют, что даже при температурах ниже 1000 К до 20 % атомов углерода могут переходить из НПП в иные типы пор.
Расчёты энергии образования углеродной вакансии в цементите (в суперячейке из 128 ато-мов, содержащей 96 атомов железа и 32 атома углерода) дали результат 0,50 эВ, а железной – 1,34 (для атомов FeG) и 1,60 эВ (для атомов FeS). Во всех этих случаях образование вакансии не вызывало существенного изменения объёма системы.
