Al-α-Al-,2-O-,3-界面裂紋擴(kuò)展的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、陶瓷/金屬界面廣泛存在于陶瓷/金屬?gòu)?fù)合材料，以及各種保溫涂層、軍用裝甲、觸媒轉(zhuǎn)化器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、防腐涂料等化工和電子行業(yè)領(lǐng)域中，它的物理、化學(xué)以及材料科學(xué)性能一直是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、電瓷設(shè)備以及環(huán)保涂料等研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，研究陶瓷/金屬界畫的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，以及在微缺陷與微裂紋條件下的力學(xué)行為和破壞過程，不僅對(duì)陶瓷/金屬?gòu)?fù)合材料應(yīng)用和破壞形式的掌控極為重要，對(duì)其他復(fù)合材料研究領(lǐng)域也有深遠(yuǎn)的意義。
　　 本文通過使用分子動(dòng)力學(xué)方法計(jì)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(yīng)變作用下的擴(kuò)展過程，觀察了位錯(cuò)的形成與發(fā)展、裂紋的擴(kuò)展與增殖，為研究Al/α-Al2O3復(fù)合材料界面的力學(xué)性能及服役行為提供參考。
　　 本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法并運(yùn)用并行開源程序LAMMPS研究Al/α-Al2O3界面裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.通過查閱文獻(xiàn)，從實(shí)驗(yàn)觀察和第一性原理計(jì)算的結(jié)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(gòu)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(gè)基本物理量。為了使分子動(dòng)力學(xué)方法能夠真實(shí)模擬界面的物理力學(xué)行為，勢(shì)函數(shù)應(yīng)能正確反映材料的上述幾個(gè)物理量。根據(jù)這個(gè)原則，本文首先對(duì)目前常用的模擬Al和Al2O3的原子作用勢(shì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，選擇了能夠準(zhǔn)確反映上述物理量的作用勢(shì)；然后，在考慮原子間成鍵方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前界面原子作用的實(shí)驗(yàn)和理論研究成果，確定

4、了界面作用勢(shì)形式，再以界面能的實(shí)驗(yàn)值和第一性原理計(jì)算值作為參考值，對(duì)界面原子作用勢(shì)的勢(shì)函數(shù)參數(shù)進(jìn)行了擬合，確定了界面原子作用勢(shì)。最后，分別從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和界面原子構(gòu)型對(duì)相關(guān)勢(shì)函數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 3.使用分子動(dòng)力學(xué)模擬了300K溫度下Al/α-Al2O3界面裂紋在軸向拉伸應(yīng)變作用下的裂紋增殖過程。觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變加載至5.52％時(shí)，位錯(cuò)開始由界面裂紋發(fā)射出來，并在應(yīng)變?yōu)?.36％時(shí)形成位錯(cuò)環(huán)，其三個(gè)主要位錯(cuò)面與界面平面夾角約為7