第八章--晶界与相界

第十一章固体材料的界面界面:是由一个相过渡到另一相的过渡区域外部界面：晶体与其他介质接触的部分内部界面：晶界、亚晶界、相界、孪晶界界面和内部本体的区别结构化学组成受力与内部本体界面能11.1晶体表面1.理想表面系统不发生任何变化的表面。理想表面就是指表面的原子位置和电子密度都和体内一样2.清洁表面清洁表面指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。高温热处理、离子轰击加退火、真空解理、真空沉积、场致蒸发等才能得到清洁表面，同时还必须保持在1．33X10-10Pa的超高真空中弛豫:表面附近的点阵常数发生明显的变化重构:表面原子重新排列，形成不同于体内的晶面。3．吸附表面吸附有外来原子的表面11.2表面吸附与偏析附吸:指气相中的原子或分子沾集在固体(或液体)表面上偏析:指固溶体(或溶液)中的溶质原子富集在表面层内1.表面偶电层表面形成一个势垒．一些具有较大动能的电子可以穿透势垒，在表面形成一层稀薄的电子云，而体内邻近表面处的电子云密度有所降低，于是在表面形成一个偶电层．2．物理吸附与化学吸附物理吸附是反应分子靠范德华力吸附在固体表面上化学吸附，吸附剂和吸附物的原子和分子间发生电子转移，改变了吸附分子的结构，类似化学反应。作用力为静电库仑力。化学吸附可分为：离子吸附：发生完全的电子转移，吸附剂和被吸附物质变成离子，两者的结合为离子键化学吸附：吸附剂和被吸附物质电子转移不完全，两者之一或双方都提供电子作为共有化电子，形成局部价键，结合力是共有化电子与离子实之间的静电库仑力不同点：①吸附热不同：化学吸附热大于物理吸附热②吸附和脱附的速率不同：化学吸附和脱附速率比物理吸附的慢③吸附的选择性不同：化学吸附有选择性④吸附层的厚度不同：化学吸附单层，物理吸附可以单层和多层⑤吸附态的光谱不同：物理吸附使峰位移化学吸附产生新峰物理吸附与化学吸附的关系有些化学吸附要经过物理吸附之后才能进行可能相互转化有时难于区别吸附的平衡吸附量取决于吸附剂和吸附物质本身，与温度、压力也有一定的关系iTii,恒温吸附情况下的化学势可以通过控制气压来固定。偏析情况下的化学势可以通过控制体相中溶质的成分固定。将与表面平衡的蒸汽看成理想气体iiipRTln0iiipRTln1一、晶界二维晶界11.3、晶界与相界三维晶界1、小角度晶界1）对称倾侧晶界2）非对称倾侧晶界3）扭转晶界2、大角度晶界若界面原子同时处于两相点阵结点上，即两相原子在相界面上完全匹配时，该相界称为共格相界二、相界两相原子在相界面上无任何匹配关系，则该相界称为非共格相界。当两相结构相近而原子间距相差较大时，可形成半共格界面。界面的部分共格关系主要是通过一组刃型位错来调整和维持。半共格界面上的位错间距取决于晶面的错配度δaaaaDδ很小，D很大，趋向共格δ很大，D很大，即为非共格界面的特性1）界面能：晶界上原子排列不规则，处于较为的能量状态，因此形成单位面积时所增加的能量称为晶界能。大角度晶界能最高，小角度晶界能较低，且位向差越小，晶界能越低，孪晶界界面能最低。对合金相中相界，非共格界面能最高，共格相界能最低。半共格居中。2）晶界在室温下对材料有强化作用。3）相变时新相常在晶界上形核。4）晶界熔点较低。5）晶界的腐蚀过程比晶内快。6）晶界常聚集较多的微量元素，晶界偏聚（吸附）