Temperature-Dependent Elastic Properties of B4C from First-Principles Calculations and Phonon Modeling
Notice bibliographique
Résumé
Boron carbide plays a crucial role in various extreme environment applications, including thermal barrier coatings, aerospace applications, and neutron absorbers, because of its high thermal and chemical stability. In this study, the temperature-dependent elastic stiffness constants, thermal expansion coefficient, Helmholtz free energy, entropy, and heat capacity at a constant volume (Cv) of rhombohedral B4C have been predicted using a quasi-harmonic approach. A combination of volume-dependent first-principles calculations (density functional theory) and first-principles phonon calculations in the supercell framework has been performed. Good agreement between the elastic constants and structural parameters from static calculations is observed. The calculated thermodynamic properties from phonon calculations show trends that align with the literature. As the temperature rises, the predicted free energy follows a decreasing trend, while entropy and Cv follow increasing trends with temperature. Comparisons between the predicted room temperature thermal expansion coefficient (TEC) (7.54×10−6 K−1) and bulk modulus (228 GPa) from the quasi-harmonic approach and literature results from experiments and models are performed, revealing that the calculated TEC and bulk modulus fall within the established range from the limited set of data from the literature (TEC = 5.73–9.50 ×10−6 K−1, B = 221–246 GPa). Temperature-dependent Cijs are predicted, enabling stress analysis at elevated temperatures. Overall, the outcomes of this study can be used when performing mechanical and thermal stress analysis (e.g., space shielding applications) and optimizing the design of boron carbide materials for elevated temperature applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».