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作为最重要的含镉触头替代材料,Ag-SnO2触头材料的复合界面结构对其电接触稳定性具有重要影响。但是直到目前,Ag-SnO2材料的界面结构特征及其相关性质仍没有得到深入系统的研究。因此,认识并建立这种材料的界面结构特征与化学成分、制备工艺和性能之间的联系对材料的结构设计、工艺改进及性能预测都具有重要意义。本文采用金相(OM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、常规透射电子显微镜(TEM)等分析手段,系统研究了Ag-3Sn-(In, Bi, La)合金内氧化过程中的组织演变规律、相结构特征,探讨了合金元素对Ag-Sn合金内氧化行为的影响机理；以内氧化Ag-3Sn合金为例,对Ag/SnO2界面的结构特征、界面取向关系等进行了详细地表征和分析；采用第一性原理热力学计算方法研究了金属(Ag)和氧化物(SnO25RuO2)的表面性质以及Ag/SnO2界面的界面性质；综合界面微观结构表征、界面第一性原理热力学计算及内氧化扩散动力学分析几方面研究结果,建立了Ag-Sn合金内氧化界面的热力学与动力学模型,并对Ag-Sn合金内氧化界面结构及性质进行了预测分析,得到了以下主要研究结论：(1)Ag-3Sn合金内氧化过程中,原位析出的SnO：颗粒多为长八面体状和长片状,并且与Ag基体间存在明显的界面择优生长关系：(111)Ag//(101)SnO2；内氧化Ag-3Sn-In合金中的相组成为Ag、SnO2和In203,其中In203颗粒容易与Sn02颗粒形成附着生长结构；内氧化Ag-3Sn-Bi合金中的相组成为Ag、SnO2和Bi2Sn207, SnO2和Bi2Sn2O7颗粒容易形成类似鸡蛋的包裹结构；内氧化Ag-3Sn-La合金中的相组成为Ag、SnO2和La2Sn207, La2Sn颗粒尺寸较大,主要在晶界处形成,并伴随有尺寸较大的SnO：颗粒,并在晶粒内部形成了非常细小弥散的Sn02颗粒,尺寸约为10nm。(2)结合Ag-3Sn-(Bi, La)合金内氧化微观结构表征结果,探讨了合金内氧化机理。Ag-3Sn合金内氧化过程中,氧化带的形成受O、Sn原子浓度变化的动态平衡过程控制。提高合金中氧扩散能力或降低Sn原子的反向扩散能力是避免氧化带形成的有效途径。合金元素In抑制了Sn原子的反向扩散行为,同时In203优先形核促使Sn原子扩散至Ag/In2O3界面处发生氧化形核；合金元素Bi具有很好的细化晶粒作用,大量的晶界能有效促进氧原子扩散,加速内氧化过程,SnO2优先形核导致Bi原子容易扩散至Ag/SnO2界面处反应形成Bi2Sn2O7；合金元素La主要以弥散分布的共晶相La5Sn3存在,氧原子容易沿相界扩散,并与La5Sn3优先反应形成La2Sn2O7相,然后才向晶粒内部扩散形成细小弥散的SnO2颗粒。(3)结合TEM、HRTEM.SAED等分析手段对内氧化Ag-Sn合金中的Ag//SnO2界面的晶体学位向关系、晶格畸变进行了详细表征分析。进一步证实了SnO2颗粒与Ag基体间的界面择优生长关系：(111)Ag//(101)SnO2,<110>Ag//<010>SnO2;采用矩阵计算和极图方法确定了SnO2颗粒与Ag基体间的三种不同晶体学位向关系：Type Ⅰ:[110]Ag//[010]SnO2,(111)Ag//(101)SnO2Type Ⅱ:[112]Ag//[010]SnO2,(111)Ag//(101)SnO2TypeⅢ:[110]Ag//[001]SnO2,(111)Ag//(110)SnO2(4)采用第一性原理热力学计算方法研究了面心立方金属Ag和金红石结构氧化物(Sn02,Ru02)的低指数表面稳定性。结果表明：Ag低指数表面表面能大小顺序为：(111)<(100)<(110)；SnO2低指数表面表面能大小顺序为：(110)<(100)<(101)<(001)；RuO2低指数表面表面能大小顺序为：(110)<(101)<(100)<(001)。(5)结合第一性原理计算和表面反应热力学,建立了氧化物(Sn02. RuO2)表面能随温度、氧分压变化的函数关系,绘制了两种氧化物的表面结构稳定性热力学相图,并结合Gibbs-Wulff晶体平衡形态理论,预测了SnO2和RuO2两种氧化物在不同生长条件下的晶体平衡形态及其环境选择性生长行为,探讨了氧化物晶体的环境选择性生长机理。(6)基于Ag//SnO2界面结构表征结果,采用第一性原理热力学计算方法研究了Ag(111)/SnO2(101)界面的原子弛豫、电子结构特征,并采用界面分离功(Wsep)和界面粘附功(Wad)评价了该界面的润湿性和结合强度。结合第一性原理计算和界面反应热力学,建立了Ag(111)/SnO2(101)界面的界面能随温度、氧分压变化的函数关系,并在此基础上首次绘制了Ag(111)/SnO2(101)界面的界面结构稳定性热力学相图。(7)通过对Ag-Sn合金内氧化动力学过程和氧在银合金中溶解热力学过程进行分析,建立了合金内氧化区内“原位氧分压”与环境氧分压、合金成分、内氧化温度、氧化时间、内氧化层距离之间的函数关系,实现不同内氧化工艺条件下合金内氧化区内“原位氧分压”的预测。(8)综合界面结构表征、界面稳定性和界面性质的第一性原理热力学计算,以及内氧化扩散动力学分析等方面研究结果,提出了Ag-Sn合金内氧化界面热力学与动力学模型,定量描述了Ag-Sn合金内氧化过程中的合金成分(Sn含量)—内氧化工艺(内氧化温度、氧分压、时间)—界面结构—界面性能(界面润湿性,结合强度)四者间的相互关系,并对Ag-3Sn合金在空气气氛,1023K和823K条件下的内氧化界面结构特征进行了预测。