[發明專利]一種層狀金屬復合材料界面結合能計算方法

在審

• 申請號: 201810909986.2
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109243539A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 王建梅;夏全志;侯定邦;麻揚;姚坤
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

一種層狀金屬復合材料界面結合能計算方法，屬于復合材料界面結合性能研究領域，特征是：從微觀層面進行分析，提出了用界面結合能的大小來判斷復合材料界面結合性能的好壞，具體方法包括：根據材料晶胞結構各項參數，通過分子動力學軟件Material Studio對其進行分子建模，運用軟件中的能量模塊進行模擬計算，得到各層材料的能量，進而得到相鄰界面間的結合能，根據結合能的大小判定層狀金屬復合材料的危險結合界面；該方法有助于及時避免工程實際中層狀金屬復合材料因粘接不牢而失效脫落的情況，能夠有效驗證復合材料界面間的結合性能，進而指導設計生產工藝，降低制造風險，提高產品的成品率。

技術領域

本發明屬于復合材料界面結合性能研究技術領域，具體涉及一種層狀金屬復合材料界面結合能計算方法。

背景技術

現代高科技的發展離不開復合材料，其研究深度和應用廣度以及生產發展的速度和規模，已成為衡量一個國家材料應用領域先進水平的重要標志之一。目前，國內外在應用復合材料時多是利用宏觀測試的試驗方法去探究復合材料界面結合性能，在微觀分子層面研究界面結合性能很少。近年來，從微觀層面研究復合材料的界面結合性能有了新的進展。分子動力學能從微觀尺度上進行模擬計算，利用其時間和空間優勢，建立跨尺度的理論模型，從而在復合材料的設計和工藝方面進行探索。

發明內容

本發明目的是利用分子動力學軟件Materials studio(簡稱MS)在分子層面模擬復合材料的各層結構，并計算其施加力場穩定平衡后各層材料的能量，通過計算得出相鄰材料之間的界面結合能從而判定層狀金屬復合材料在工作時的危險結合界面。

本發明目的是這樣實現的,如圖1所示，其特征是:對于N層材料所構成的復合材料，構成N-1個結合界面，分別為結合界面a、b、……、x，其中N≥2，x≥1且均為正整數。各相鄰結合界面間的結合能分別是E_a、E_b、6……E_x，其計算方法如下：

利用分子動力學軟件MS構建其微觀層面分子模型，運用軟件中的能量模塊進行模擬計算，得到各層材料的能量，進而得到相鄰材料界面間的界面結合能為：

E_a＝E_1～2-(E₁+E₂)

E_b＝E_2～3-(E₂+E₃)

E_c＝E_3～4-(E₃+E₄)

……

E_x＝E_(N-1)～N-(E_N-1+E_N)

式中：

E_a—第1層與第2層界面結合能，kcal/mol；

E_b—第2層與第3層界面結合能，kcal/mol；

E_c—第3層與第4層界面結合能，kcal/mol；

E_x—第N-1層與第N層界面結合能，kcal/mol；

E_1～2—第一層與第二層材料結合的總能量，kcal/mol；

E_2～3—第二層與第三層材料結合的總能量，kcal/mol；

E_3～4—第三層與第四層材料結合的總能量，kcal/mol；