编号：CYYJ043519
篇名：Cu-Al层状复合材料金属间化合物结构稳定性的第一性原理计算
作者：李爽 王文焱 张飞扬 崔云峰 谢敬佩 王爱琴 朱晓龙 高铭
关键词： Cu-Al层状复合材料 生成焓 结合能 电子结构 力学性能
机构： 河南科技大学材料科学与工程学院 有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心 河南省钨钼材料数字成型工程研究中心
摘要： 铜铝层状复合材料在固液复合铸轧成型时,固态铜与液态铝在接触面发生界面反应生成的金属间化合物容易引发晶界脆性、晶间裂纹或弹性畸变致使其开裂而失效。因此,一个强而稳定的界面对于整个复合材料的结构强度至关重要。为深入了解界面金属间化合物的化学键合、晶体结构及稳定性,利用第一性原理对Cu-Al层状复合材料中常见的金属间化合物Al4Cu9、Al2Cu、AlCu开展了热力学性能、力学性能和电子结构的相关计算。有效生成热数值表明,扩散初始阶段Al2Cu相将在界面处最先生成,待Al2Cu初生相形成后,将依次生成Al4Cu9、AlCu。Al2Cu、Al4Cu9和AlCu均符合力学稳定性标准,对比它们的B/G值、泊松比和硬度,3种金属间化合物均为脆性相,其中Al2Cu的脆性最大且硬度最高。通过对能带、态密度和Mulliken布居进行分析,发现金属键在Al2Cu和AlCu化学键中具有更强的离子性特征,而在Al4Cu9化学键中具有更强的共价性特征,使得Al和Cu原子之间的相互作用更紧密,稳定性更强。
