Al-α-Al-,2-O-,3-界面裂紋擴展的分子動力學模擬.pdf

1、陶瓷/金屬界面廣泛存在于陶瓷/金屬復合材料，以及各種保溫涂層、軍用裝甲、觸媒轉(zhuǎn)化器、場效應晶體管、防腐涂料等化工和電子行業(yè)領域中，它的物理、化學以及材料科學性能一直是結構復合材料、電瓷設備以及環(huán)保涂料等研究領域的熱點問題，研究陶瓷/金屬界畫的結構和強度，以及在微缺陷與微裂紋條件下的力學行為和破壞過程，不僅對陶瓷/金屬復合材料應用和破壞形式的掌控極為重要，對其他復合材料研究領域也有深遠的意義。
　　 本文通過使用分子動力學方法計算

2、研究了300K溫度下Al/α-Al2O3界面裂紋在沿其厚度方向上的拉伸應變作用下的擴展過程，觀察了位錯的形成與發(fā)展、裂紋的擴展與增殖，為研究Al/α-Al2O3復合材料界面的力學性能及服役行為提供參考。
　　 本文采用分子動力學方法并運用并行開源程序LAMMPS研究Al/α-Al2O3界面裂紋的擴展規(guī)律。具體研究內(nèi)容如下：
　　 1.通過查閱文獻，從實驗觀察和第一性原理計算的結果中得到Al/α-Al2O3界面上的主要晶體

3、晶向和原子排列規(guī)律，構建了Al/α-Al2O3界面的原子模型。
　　 2.彈性常數(shù)、表面能和界面能是表征材料以及材料界面屬性的幾個基本物理量。為了使分子動力學方法能夠真實模擬界面的物理力學行為，勢函數(shù)應能正確反映材料的上述幾個物理量。根據(jù)這個原則，本文首先對目前常用的模擬Al和Al2O3的原子作用勢進行了評價，選擇了能夠準確反映上述物理量的作用勢；然后，在考慮原子間成鍵方式的基礎上，結合目前界面原子作用的實驗和理論研究成果，確定

4、了界面作用勢形式，再以界面能的實驗值和第一性原理計算值作為參考值，對界面原子作用勢的勢函數(shù)參數(shù)進行了擬合，確定了界面原子作用勢。最后，分別從結構穩(wěn)定性和界面原子構型對相關勢函數(shù)進行了驗證。
　　 3.使用分子動力學模擬了300K溫度下Al/α-Al2O3界面裂紋在軸向拉伸應變作用下的裂紋增殖過程。觀察發(fā)現(xiàn)，當應變加載至5.52％時，位錯開始由界面裂紋發(fā)射出來，并在應變?yōu)?.36％時形成位錯環(huán)，其三個主要位錯面與界面平面夾角約為7