弹性模量在Al-Cu复合材料界面计算中的应用

在这项研究中，Mingtai Zou^[1]等优化了结构并计算了Al-Cu复合材料界面处生成的金属间化合物的弹性、热和电子性能。通过 Voigt–Reuss–Hill (VRH) 近似计算的弹性系数 (C _ij )，并计算了弹性模量。通过理论模型，利用弹性模量计算了Al-Cu金属间化合物的理论维氏硬度。绘制了弹性模量的 3D 表面结构。杨氏模量的各向异性排列为AlCu ₃ >AlCu>A ₂ Cu=Al ₄ Cu ₉。另外，德拜温度排列为AlCu>Al ₄ Cu ₉>Al ₂ Cu>AlCu ₃。

电子研究表明AlCu、Al ₂ Cu和AlCu ₃是共价化合物，但具有一定的金属性质。B _V和B _G分别表示由 Voigt 近似和 Reuss 近似引入的体积模量。类似地，G _V和G _R分别表示通过Voigt近似和Reuss近似获得的剪切模量。Voigt 近似计算这些固体的弹性模量的最高值，而 Ruess 近似计算这些固体的弹性模量的最低值。剪切模量是固体的机械特性。

剪切模量是指材料在剪应力作用下，在弹性变形极限内，剪应力与剪应变的比值。模量大意味着该固体具有很强的刚性。这些 Al-Cu 金属间化合物的剪切模量范围为 38.4 至 67.7 GPa。其中Al ₄ Cu ₉的剪切模量最大，其次是AlCu和AlCu ₃。Al ₂ Cu具有最低的剪切模量。类似地，Al ₄ Cu ₉具有最好的刚性，而Al ₂ Cu具有最差的刚性。

固体的抗变形能力用杨氏模量来描述。E决定各向同性弹性体的刚度。对于泊松比来说，它是指材料在一个方向上应变或压缩时，横向正应变与轴向正应变的绝对值之比。弹性常数反映了材料的横向变形。这四种Al-Cu金属间化合物的泊松比排列为AlCu ₃ >Al ₂ Cu>Al ₄ Cu ₉ >AlCu。_{AlCu 3}受力后横向变形大于纵向变形。

此外，本研究发现希尔近似下的B与G之比可以用来衡量固体的塑性和脆性。当BH / GH等于1.75时，固体介于脆性和塑性之间_。当这个比值低于1.75时，我们认为材料是脆性的，反之，则是延性的。对于这些 Al-Cu 金属间化合物，B _H / G _H列于表IV中。Al ₄ Cu ₉、Al ₂ Cu 和AlCu ₃的B与G之比高于标准值1.75，表明它们是延性材料。AlCu的B与G之比小于标准值1.75，这表明AlCu是脆性材料。

[1] Zou M , Kong Z , Duan Y ,et al.First-Principles Investigation of Elasticity, Thermal and Electronic Properties of Intermetallics Formed at the Interface of Al-Cu Composites[J].Journal of Electronic Materials, 2022(7):51.DOI:10.1007/s11664-022-09612-9.

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