Effects of chain configuration and stoichiometry on the behavior of boron carbide from first-principle calculations
Notice bibliographique
Résumé
Boron carbide is an advanced ceramic known for its high hardness, chemical and thermal stability, and wear resistance, making it ideal for refractory applications such as thermal barrier coatings, aerospace components, neutron absorbers, and semiconductor electronics. Despite these applications, the relationship between atomic configuration and properties of boron carbide at higher temperatures remains largely unexplored. This study investigates the effects of stoichiometry and chain arrangement in boron carbide structures on their elastic and thermal properties at elevated temperatures. Fifteen different structures with varying carbon concentrations and chain arrangements are considered. A quasi-harmonic approach, consisting of static density functional theory and phonon calculations, was used to explore these properties up to 2000 K. Increasing carbon concentration generally enhances structural stability. Specifically, B 11 C p (CBC) is the most stable, while B 12 (BCB) is the least stable. Carbon placement in icosahedra at the polar site within structures results in greater stability. Temperature-dependent elastic constants were predicted up to 2000 K, showing a significant reduction in values for all C i j s except C 44 , which remains nearly constant, highlighting boron carbide’s anisotropic behavior. Structures with a C-B-C chain arrangement exhibit better resistance to compression and shear deformation. The thermal expansion coefficient trends for stable structures are predicted. The results show that structures with a C-B-C chain arrangement have lower thermal expansion coefficients and better thermal stability compared to those with a C-C-B chain. This research enhances our understanding of boron carbide’s behavior at elevated temperatures. These insights are crucial for optimizing manufacturing processes and designing high-performance components.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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.
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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 tête enseignante, 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 ».