金属/陶瓷界面的优化设计在新材料、纳微电子器件、化学催化等领域起着重要作用，界面的强韧及断裂失效直接影响相关关键结构、部件的使用寿命。与界面宏观断裂相关的微观原子尺度断裂涉及多种作用力及能量耗散机制的竞争。尽管对金属/陶瓷界面的实验及理论研究已经持续了数十年，仍有很多基本问题还不清楚，如与宏观断裂密切相关的界面微观断裂机制。由于实验手段及势函数的限制，目前从位错运动机理及界面原子相互作用出发研究金属/陶瓷界面微观断裂的报道较少。分子模拟结果与宏观实验结果在界面强度及粘结功方面的巨大差异仍难以逾越。对界面断裂能量机制仍缺乏定量分析。本文针对以上三个关键科学问题，采用分子模拟与理论分析相结合的方法，研究了金属/陶瓷界面在剪切及拉伸载荷作用下的微观断裂机制，通过共格界面与半共格界面的对比分析了界面失配位错的重要作用。主要工作及获得的主要结论如下：

Ag/MgO界面的分子模拟揭示了失配位错网滑移主导的界面剪切机理。位错滑移过程中位错能的变化决定了界面剪应力，位错节点的钉扎作用使位错线沿剪切方向发生明显弯曲现象。平衡界面结构原子应变分析表明位错节点区域应变集中程度最高，剪切过程中位错节点结构转变导致界面剪切强度和位错滑移能垒降低。沿不同方向的剪切模拟结果表明Ag/MgO界面沿失配位错伯氏矢量方向发生剪切破坏的可能性最大，该结论可推广到其他类似金属/陶瓷界面。

通过理想界面与含有失配位错的缺陷界面的对比，系统地分析和讨论了界面剪切强度及拉伸强度的微观机理。Ag/MgO理想界面的剪切破坏伴随着界面原子键的整体断裂。与理想界面相比，缺陷界面的界面剪切强度低了一个数量级，界面粘结功低了两个数量级，界面剪切行为更连续。采用基于界面势函数的积分方法得到了与第一原理计算结果一致的理想界面拉伸强度及粘结功。对Ag/MgO界面拉伸断裂过程的分子动力学模拟结果表明金属塑性变形改善了界面接触状态，硬化强度接近理想界面强度。应变率及界面面积增大时界面出现局部微裂纹，造成界面拉伸强度显著降低。

给出了异质界面拉伸灾变破坏过程的弹性模型，该模型成功刻画了界面破坏灾变点及界面断裂的尺寸效应。发现厚模型系统损伤率快，界面断裂模式趋向于脆性断裂。强界面-软金属组合的金属/陶瓷界面系统，断裂破坏模式与厚模型类似；而弱界面-硬金属组合的金属/陶瓷界面系统则趋向于软化现象显著的韧性断裂模式。与之前含有灾变不稳定性的分子模拟结果不同，采用一种新的边界位移-裂纹面位移混合加载模拟方法成功捕捉到了界面灾变破坏过程，发现理想界面与缺陷界面归一化的界面粘结关系遵循同样的指数变化形式。

本文系统地模拟了金属/陶瓷界面剪切及拉伸断裂微观机制，定量分析了界面断裂的能量机制，给出了界面强度及粘结功的关键影响因素。为深入研究金属/陶瓷界面断裂问题及相关界面设计提供理论指导。