基于分子动力学模拟的Fe2O3纳米颗粒烧结机制研究

氧化铁是化工、冶金和能源等领域重要的原料,其在高温下的烧结性对产品性能至关重要。通过分子动力学模拟(MDS)研究了不同温度、粒径与空位缺陷浓度条件下Fe₂O₃纳米颗粒的烧结机制。结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒粒径由3 nm增加至5 nm,烧结后收缩率由25.0%降低至10.8%,相对颈部宽度由96.6%降低至49.5%。当温度由900 K升高至1300 K,烧结过程原子扩散系数由1.758×10^-3 nm²/ps增至4.303×10^-3 nm²/ps,增大1.45倍。高温下(1300 K)原子迁移使颗粒部分结构由HCP和BCC结构转变为非晶结构,非晶原子比例为66.7%。含10.0%初始空位缺陷浓度纳米颗粒烧结过程的扩散活化能相比完美晶体(0空位浓度)降低约63.5%,原子迁移性及烧结致密化程度增强。研究结果对氧化铁颗粒高温热处理工艺优化具有指导意义。