碳化硅铜复合材料的界面模拟与分析

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1、郑州航空工业管理学院毕业论文（设计）2012届材料成型及控制工程专业0806092班级题目SiC/Cu复合材料的界面模拟与分析姓名宋子豪学号080609218指导教师张锐职称教授2012年5月25日·VI·内容摘要SiC/Cu复合材料具有优异的力学、热学和电学性能，有着非常广阔的应用前景。两相界面润湿性和增强体相分散的均匀性是影响复合材料性能的重要因素。为了提高SiC-Cu界面的润湿性，科学家已经采用了许多工艺，在先前的研究中，通过用电学方法制备铜包裹碳化硅复合粉体。尽管对界面结合的过程做了许多研究，但是目前对包裹过程还未能从理论上得到解释，阻碍了对该复合材料体系的深入理解。计算

2、机用虚拟的方法可以模拟实验中的微观现象，从而探索由经验难以获得的理论。因此采用计算机研究SiC/Cu包裹粉体的界面行为是很有意义的。本论文以SiC/Cu复合体系为研究对象，采用非均相沉淀包裹法，将Cu包裹到SiC颗粒的表面；采用基于总能量的第一性原理平面波赝势CASTEP码对SiC与Cu体系的界面结合状态进行了系统研究，分别计算了SiC-Cu、SiC-SiO2-Cu、SiC-Cu2O-Cu、SiC-SiO2-Cu2O-Cu（没有氧桥）、SiC-SiO2-Cu2O-Cu（有氧桥）等五种界面结构的界面宽度、界面结合能等重要参数。第一性原理模拟计算结果表明，界面结合能的大小依次为有氧桥

3、的SiC-SiO2-Cu2O-Cu（5.44eV/Å2）、SiC-SiO2-Cu（2.82eV/Å2）、SiC–Cu（1.06eV/Å2）、没有氧桥的SiC-SiO2-Cu2O-Cu（0.86eV/Å2）、SiC-Cu2O-Cu（1.98eV/Å2）。在有氧桥存在的情况下，界面的结合能和稳定性都是最高的。·VI·关键词SiC/Cu复合粉体，非均相沉淀包裹法，界面行为，第一性原理·VI·SimulationandanalysisofSiC/Cucompositesinterface080609218SongzihaoInsructorZhangruiPofessorAbstract

4、SiC/Cucompositeshaveuniquemechanical,thermal,andelectricalproperties,andhavemanyapplicationsinvariousprospects.ThewettingofSiCwithCuintheinterfacesandtheirhomogeneousdispersionaretwokeyfactors,whichremarkablyinfluencethepropertiesoftheSiC/Cucomposites.ToimprovethewettingoftheSiC-Cuinterfaces,

5、manyresearchershaveproposedcoatingmethods.Inourpreviouswork,Cu-coatedSiCcompositesparticleswerepreparedusinganelectrolessmethod.Eventhoughmanystudieswereperformedtoillustratethecoatingbehavior,noconvincingtheoryonthecoatingprocesswasreported.TherelatedsimulationoftheSiC/Cusystemhasnotbeenrepo

6、rted.Somemicroscopicprocessesinexperimentscanbevisuallysimulatedbycomputer.Itis,therefore,ofgreatsignificancetoinvestigatethecoatingprocessbythecomputer-simulationapproach.Inthisstudy,SiC/Cucompositespowdersweresynthesizedbyaheterogeneousprecipitationcoatingmethod.Theinterfacialstructureinthe

7、SiC/Cucompositeswerealsosimulatedandcalculatedbymoleculardynamicsandthefirst-principlerelaxationmethod.Theinterfacewidthsand·VI·bindingenergiesofthesystemsofSiC-Cu,SiC-SiO2-Cu,SiC-Cu2O-Cu,SiC-SiO2-Cu2O-Cu(withoutoxide-bridge)andSiC-SiO2-Cu2O-