材料表面与.界面 07.ppt

材料界面结构 1.1 界面的分类：依据形成途径分类 （1）机械作用界面； （2）化学作用界面； （3）固体结合界面； （4）液相或气相沉积界面； （5）凝固共生界面； （6）粉末冶金界面； （7）粘结界面； （8）熔焊界面； （1）机械作用界面：受机械作用而形成的界面称为机械作用界面。常见的机械作用包括切削、研磨、抛光、喷砂、变形、磨损等。 （2）化学作用界面：由于表面反应、粘结、氧化、腐蚀等化学作用而形成的界面称为化学作用表面。 （3）固体结合界面：由两个固体相直接接触，通过真空、加热、加压、界面扩散和反应等途径所形成的界面称为固体结合界面。 （4）液相或气相沉积界面：物质以原子尺寸形态从液相或气相析出而在固态表面形成的膜层或块体称为液相或气相沉积界面。 （5）凝固共生界面：两个固相同时从液相中凝固析出，并且共同生长所形成的界面称为凝固共生界面。 （6）粉末冶金界面：通过热压、热锻、热等静压、烧结、热喷涂等粉末工艺，将粉末材料转变为块体所形成的界面称为粉末冶金界面。 （7）粘结界面：由无机或有机粘结剂使两个固相结合而形成的界面称为粘结界面。 （8）熔焊界面：在固体表面造成熔体相，然后两者在凝固过程中形成冶金结合的界面称为熔焊界面。 1.2 界面的分类：依据结晶学分类 （1）平移界面； （2）孪晶界面； （3）混合界面； （4）反演界面； 2 晶界 晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。 固态相变中，晶核先在晶界处形成，长大。当晶体生长时相界面与另一晶体的相界面相遇，形成新的稳定晶界。 晶界对位错、磁畴壁(domain wall)、铁电畴壁等有钉扎作用。 由于晶界处能量及应力高，裂纹(cracks)常从晶界处开始，然后扩大，最后产生断裂。 杂质容易在晶界处扩散。 2.1.2 晶界的显微照片 晶界的高分辨TEM 有轻微错配的共格相界面 2.1.3 非共格晶界 2.2 晶界对材料性质性能的影响 A、降低材料机械强度 B、晶界能够富集杂质原子 C、晶界原子能量较高可以成为高温传质过程的快速通道。 晶界应力 晶界应力与热膨胀系数Δα、温度变化、d成正比，如热膨胀为各向同性即Δα =0,τ=0。 晶粒越大，应力愈大强度越差，抗热冲击性也差。 人为引入具有不同α和弹性模量的晶界相和第二相的弥散，进行晶界应力设计，有助于材料的强韧化。 高材料的强度是几个世纪以来材料研究的核心问题。迄今为止强化材料的途径可分为四类：固溶强化、第二相弥散强化、加工（或应变）强化和晶粒细化强化。 这些强化技术的实质是通过引入各种缺陷（点缺陷、线、面及体缺陷等）阻碍位错运动，使材料难以产生塑性变形而提高强度。但材料强化的同时往往伴随着塑性或韧性的急剧下降，造成高强度材料往往缺乏塑性和韧性，而高塑韧性材料的强度往往很低。 长期以来这种材料的强韧性“倒置关系”成为材料领域的重大科学难题和制约材料发展的重要瓶颈。 如何提高材料的强度而不损失其塑性？这是众多材料科学家面临的一个重大挑战。 中科院沈阳金属卢柯等与美国麻省理工学院S. Suresh教授合作，在过去大量研究工作的基础上提出，为了使材料强化后获得良好的综合强韧性能，强化界面应具备三个关键结构特征： (1)界面与基体之间具有晶体学共格关系； (2) 界面具有良好的热稳定性和机械稳定性； (3) 界面特征尺寸在纳米量级(100nm)。进而，他们提出了一种新的材料强化原理及途径--利用纳米尺度共格界面强化材料。 3 润湿与吸附、粘附 润湿的类型 接触角和 Young方程 非理想固体表面上的接触角 测定固体表面张力的方法 吸附和粘附 附着润湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功Wa为 (2) 从上式可知γSL越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体。若Wa≥0， 则（ΔG）T，P≤0，附着润湿过程可自发进行。 固一液界面张力总是小于它们各自的表面张力之和，这说明固一液接触时，其粘附功总是大于零。因此，不管对什么液体和固体附着润湿过程总是可自发进行的。 置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。体系自由能的变化为