基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统技术方案

本发明专利技术公开了基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统。本发明专利技术中，采用第一性原理的投影增强波法，研究了Pt25Rh(111)/TaC(111)和Pt25Rh(011)/TaC(111)界面的力学性能、稳定性和电子结构。首先，构建了6种具有不同结合部位、不同截断的Pt25Rh(111)和TaC(111)表面，通过分析界面间距与结合能；主要由Pt、Rh原子的3d轨道与C原子的2p轨道杂化造成Pt、Rh与C原子间键结合作用最强。Ta截断孔位结构模型中的Pt

【技术实现步骤摘要】
基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体为基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统。

技术介绍

[0002]随着航空、航天、核工业、信息技术等领域的不断研究与扩展，材料的结合界面已经广泛应用于各种材料的制备和加工中，复合材料结合界面的研究受到了越来越多的国内外研究者的关注。复合材料界面结合的现象遍布于我们生活的各处，不同材料之间的结合界面性能直接影响着整个材料结构的性能和稳定性。以焊接技术为代表的复合材料界面结合技术，可以通过高温熔化使界面间原子以重新连接至冷却稳定，从而实现复合材料连接的目的。
[0003]但是，传统的焊接技术存在界面之间硬连接的现象，导致应力集中的问题，容易导致材料性能降低而降低材料的使用寿命。此时，寻找具有更优异的复合材料界面连接的方法成为了当下首先要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统。
[0005]本专利技术采用的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，包括体相性质原理研究模块(1)、表面性质原理研究模块(2)、Pt25Rh/TaC界面构建模块(3)和合金力学性能验证模块(4)，其特征在于：所述体相性质原理研究模块(1)对Pt25Rh、TaC两种物相进行初步的体性质计算，以获得必要的物理性质参数，包括：晶格常数a，结合能Ecoh；然后将计算值与实验值进行比较，确定各参数的可靠性，第一原理计算可以计算弹性模量和晶格常数，结合能由块体的能量与单个原子总能量之差得出：E
coh
＝E
gs
‑
E
bulk
；公式中，E
gs
为单原子能量、E
bulk
为块体的能量；Pt25Rh体相形成能ΔH可由Pt25Rh的体相能量减去Pt、Rh各自单质的体相能量得到：相能量减去Pt、Rh各自单质的体相能量得到：为Pt25Rh块体能量，为Pt、Rh单原子能量；计算得出的Pt25Rh合金体相形成能ΔH为
‑
7.324eV/cell，用广义梯度近似(GGA)来处理在计算中使用的交换相关相互作用；通过投影平面波赝势描述的电子波函数，可以与以往实验数据和结果进行比较，得出可靠计算结果；所述表面性质原理研究模块(2)通过热处理或者其他形式的热力学处理，以减少表面能，以达到稳定材料表面形成初期的守恒能力；当新的表面出现时，由于其不稳定性，会导致原子重组和电子重排，使得表面能得到降低并趋于稳定；所述Pt25Rh/TaC界面构建模块(3)识别出不同体系内Pt25Rh及TaC体相性质和表面性质的差异；本节建立了不同位相、不同截断关系的Pt25Rh/TaC界面模型；通过对Pt25Rh/TaC界面的态密度、键合方式、黏附性能以及差分电荷密度分布等进行了计算分析，并采用界面粘附功评价了Pt25Rh(111)/TaC(111)和Pt25Rh(011)/TaC(111)界面的润湿性和结合强度，由此得到了稳定性最好的Pt25Rh(111)/TaC(111)界面，阐述了Pt25Rh(111)/TaC(111)界面之间的相互作用关系；所述合金力学性能验证模块(4)以实验的方式来证明Pt25Rh/TaC合金的力学性能。2.如权利要求1所述的基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，其特征在于：所述体相性质原理研究模块(1)在Pt的(111)位置取代1个Rh形成Pt25Rh合金；Pt25Rh晶体以面心立方Fm
‑
3m(NO.225)空间群结构为特征，其晶格常数为0.392nm，原子分布在(111)、(11/21/2)、(1/211/2)和(1/21/21)位置上，最稳定的晶面为Pt25Rh(111)，理论晶格参数与实验结果的差异仅为0.12％。3.如权利要求1所述的基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，其特征在于：所述体相性质原理研究模块(1)在进行几何性能计算分析时，可以通过分析查看WC的弹性常数矩阵(表3.2)和弹性压缩矩阵(表3.3)来评估WC合金的力学特性，c11、c12、c13、c33、c44和c66分别代表不同方向的弹性模量。4.如权利要求1所述的基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，其特征在于：所述表面性质原理研究模块(2)通过应用公式来确定Pt25Rh低指数表面能的能量高低；具体来说，在计算Pt25Rh低指数表面能时，需要使用一个特定的表面能计算公式，从而计算出Pt25Rh低指数表面能的能量及其分布特征；其中，Pt25Rh表面能由低到高依次排序为：Pt25Rh(111)<Pt25Rh(011)<Pt25Rh(012)<Pt25Rh(001)，因为能量越低越稳定，所以
Pt25Rh表面的稳定性由高到低依次为Pt25Rh(111)>Pt25Rh(011)>Pt25Rh(012)>Pt25Rh(001)；Pt25Rh晶体中表面能最低的低指数表面是Pt25Rh(111)的表面；因此，Pt25Rh(111)是Pt25Rh最容易形成的表面。5.如权利要求1所述的基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，其特征在于：所述表面性质原理研究模块(2)中TaC表面能由低到高依次排序为：TaC(111)<TaC(001)<TaC(012)<TaC(011)，由于能量越低越稳定，因此TaC表面的稳定性由高到低依次排序为：TaC(111)>TaC(001)>TaC(012)>TaC(011)；TaC(111)是TaC晶体表面上能量最低的低指数表面，它具有最强的形成能力，这也使其成为TaC晶体中最容易形成的表面。6.如权利要求1所述的基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，其特征在于：所述Pt25Rh/TaC界面构建模块(3)分别计算不同截断、不同结合方式的界面结合能，界面结合能的公式如下：其中，E1与E2分别为只含有单侧材料的超胞的能量；E
total
为界面结合后总体超胞的能量；A为结合界面的面积；对于如表3.10所示的计算结果，关于TaC的C、Ta界面截断方式的结合能，Ta截断整体低于C截断，因此，C截断的界面结合能力更强；对于两种不同的截断方式，孔位结构(FCC)的结合能最高，所以孔位结构的形式为最稳定结构。7.如权利要求1所述的基于应力缓释模型的复合材料结合界面设计与结合系统，其特征在于：所述Pt25Rh/TaC界面构建模块(3)对于Pt25Rh(111)/TaC(111)和Pt25Rh(011)/TaC(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：左元华，于晓华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：