Моделирование методом молекулярной динамики твердых растворов диоксида циркония, легированного примесью иттрия

Abstract

Выполнено моделирование методом молекулярной динамики твердых растворов ZrO₂–x·Y₂O₃ (x = 0, 4, 8, 12 mol%) в изотермическом ансамбле при температурах 600, 800 и 1200 K. Рассчитанные концентрационные зависимости коэффициента диффузии ионов кислорода и электропроводности в ZrO₂–Y₂O₃ демонстрируют качественное согласие с экспериментом. Данные кривые имеют максимум при 8 mol% Y₂O₃. В результате анализа кривых функций радиального распределения ионов кислорода в твердом растворе ZrO₂–Y₂O₃ установлено, что увеличение концентрации стабилизирующей примеси и повышение температуры приводят к разупорядочению его анионной подрешетки.

Molecular dynamics simulations of solid solutions ZrO₂–x·Y₂O₃ (x = 0, 4, 8, 12 mol%) are performed with using the isothermal ensemble at the temperatures of 600, 800 and 1200 K. The calculated concentration dependences of diffusion coefficient of the oxygen ions and ionic conductivity in ZrO₂–Y₂O₃ give satisfactory agreement with the experimental values. The temperature dependence of conductivity shows a maximum at 8 mol% Y₂O₃. Also analysis of the radial distribution function for the oxygen ions is carried out with ZrO₂–Y₂O₃. We have found that an increase in doping concentration disorders the anion sublattice of solid solution. Similar results are obtained for the temperature rise.