Cu-Al層狀復合材料金屬間化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理計算

編號：CYYJ043519

篇名：Cu-Al層狀復合材料金屬間化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理計算

作者：李爽 王文焱 張飛揚 崔云峰 謝敬佩 王愛琴 朱曉龍 高銘

關(guān)鍵詞： Cu-Al層狀復合材料 生成焓 結(jié)合能 電子結(jié)構(gòu) 力學性能

機構(gòu)： 河南科技大學材料科學與工程學院 有色金屬新材料與先進加工技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 河南省鎢鉬材料數(shù)字成型工程研究中心

摘要： 銅鋁層狀復合材料在固液復合鑄軋成型時,固態(tài)銅與液態(tài)鋁在接觸面發(fā)生界面反應(yīng)生成的金屬間化合物容易引發(fā)晶界脆性、晶間裂紋或彈性畸變致使其開裂而失效。因此,一個強而穩(wěn)定的界面對于整個復合材料的結(jié)構(gòu)強度至關(guān)重要。為深入了解界面金屬間化合物的化學鍵合、晶體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性,利用第一性原理對Cu-Al層狀復合材料中常見的金屬間化合物Al4Cu9、Al2Cu、AlCu開展了熱力學性能、力學性能和電子結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算。有效生成熱數(shù)值表明,擴散初始階段Al2Cu相將在界面處最先生成,待Al2Cu初生相形成后,將依次生成Al4Cu9、AlCu。Al2Cu、Al4Cu9和AlCu均符合力學穩(wěn)定性標準,對比它們的B/G值、泊松比和硬度,3種金屬間化合物均為脆性相,其中Al2Cu的脆性最大且硬度最高。通過對能帶、態(tài)密度和Mulliken布居進行分析,發(fā)現(xiàn)金屬鍵在Al2Cu和AlCu化學鍵中具有更強的離子性特征,而在Al4Cu9化學鍵中具有更強的共價性特征,使得Al和Cu原子之間的相互作用更緊密,穩(wěn)定性更強。