复合材料的界面特性直接影响其性能,界面具有晶体学共格关系是优化材料强韧性能的一个关键因素。从电子结构层面研究共格界面的形成条件,对深入认识界面的物理本质以及开发高强韧性材料具有重要意义。Cu-Al₂O₃复合材料是一种具有良好的导电能力、导热能力、高温抗软化能力和加工延展性的氧化物颗粒增强铜基复合材料,具有非常广阔的应用前景。对此材料的界面形成进行理论计算和分析,对材料性能的改善和提高,具有重要的理论研究价值。本文将第一性原理方法引入Cu/γ-Al₂O₃共格界面的研究中,分别计算和研究了Cu和γ-Al₂O₃的晶格常数、电子结构等性质。建立起低指数Cu晶面与γ-Al₂O₃晶面的共格界面模型,计算和分析了界面模型的分离功和界面间距,确定了最稳定的界面结构。通过薄板内氧化法制备了Cu-Al₂O₃复合材料,分析了其界面微观结构,确定了两相间的位相关系,并将第一性原理的计算结果与实验的分析结果做了对比。Cu和γ-Al₂O₃的晶体结构都为面心立方,空间点群为Fm-3m,优化和计算结果表明:Cu和γ-Al₂O₃的晶格常数分别为0.364 nm和0.393 nm。通过计算两种材料的态密度,说明Cu晶体的d、s、p轨道电子都可参与导电,γ-Al₂O₃的价带顶与导带底有重叠,材料具有一定的导电性,O2s和Al3s以及O2p和Al3p轨道电子之间有明显的态密度“共振”现象,说明它们之间是成键的。研究建立的共格界面模型有:Cu（100）/γ-Al₂O₃（100）、Cu（011）/γ-Al₂O₃（100）、Cu（111）/γ-Al₂O₃（100）、Cu（100）/γ-Al₂O₃（110）、Cu（011）/γ-Al₂O₃（110）和Cu（111）/γ-Al₂O₃（110）,考虑到Cu原子对应于γ-Al₂O₃晶面上位置的不同,共建立了12组界面模型。经过结构弛豫和优化后,确认Cu（011）/γ-Al₂O₃（110）共格界面模型中Cu原子位于O原子上方的情况下的界面结构最稳定,分离功最大,为7.6J/m²,同时它的界面间距也最小,为0.16 nm。试样的微观组织分析结果表明Cu（011）与γ-Al₂O₃（110）形成了共格界面。将理论计算结果与实验分析结果进行对比,两者一致,说明第一性原理的模拟结果与实验结果相符合。本文通过对Cu/γ-Al₂O₃共格界面的模拟和计算,分析了其界面的微观结构,在一定程度上对实验现象进行了解释,为实验结果提供了理论和计算上的支持,对后续实验的进行具有一定的指导作用。