材料表面与界面(2-4)概要.ppt

材料的表面与界面Surfaces and Interfaces in Materials 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 第2章 材料表面与界面的基础知识 * * 2.4 固体和固体之间的界面 固体和固体之间的界面可以分为同相界面和异相界面。 同相界面是指具有不同晶体取向或者有过渡层分开的两个相同相晶体组成的界面，如晶界、孪晶界和层错。 异相界面是指具有不同成分或晶体结构的两个晶体所组成的界面。异相界面又可以分为完全共格界面、半共格界面和非共格界面。 完全共格界面是指界面处两相的晶面和晶向完全连续。 半共格界面是指界面处两相晶体结构的错配可以由周期性位错进行协调。 非共格界面是指界面处两相的晶面和晶向没有任何关系。 2.4 固体和固体之间的界面 2.4.1 同相界面（晶界） 多晶体中各晶粒之间的交界——晶界。 多晶体的性能与晶内晶体结构有关，也与晶界结构有关。 目前对大角晶界提出的晶界结构模型有： 晶界是由非晶体粘合物构成 岛状模型：小岛内原子排列整齐 晶界点缺陷模型：晶界有大量空位间隙原子 晶界结构位错模型 重合位置点阵 晶界的研究方法有：计算机模拟和实验方法直接观察两种方法。 晶界影响材料性能一般通过以下几个方面： 晶界结构：大角、小角、大角中孪晶界、紊乱晶界、晶界中的各种缺陷、偏聚、偏析。 晶界几何形状：三维空间曲面，几何形状复杂。 晶界位向，相邻两晶粒位向差。 外界环境：温度、加压、磁场等。 2.4 固体和固体之间的界面 2.4.1 同相界面（晶界） 相邻两晶粒间位向差小于15℃——小角晶界。小角晶界分为倾斜晶界和扭转晶界。 （1）小角晶界 晶界自由度 二维晶界有两个自由度：两晶粒间夹角（位向角）和晶界与一个晶粒间夹角（方向角）。三维晶界有五个自由度：位向角：3个，方向角：2个。 2.4 固体和固体之间的界面 2.4.1 同相界面（晶界） （1）小角晶界 倾斜晶界 对称倾斜晶界：由一系列相同符号的刃型位错排列而成： D=b/? 式中：?：位向角， b：布氏矢量 D：位错间距 非对称倾斜晶界：由两组相互垂直的刃型位错组成。 2.4 固体和固体之间的界面 面心立方Au中的对称倾斜晶界的高分辨透射电镜照片 界面处主要有{111}晶面和少量的{001}晶面构成，并且是由大部分的原子匹配区域和周期出现的少量位错组成。因此，对称倾斜晶界的界面能高于完全匹配的孪晶界，但高于由非密排晶面组成的小角晶界界面能。 2.4.1 同相界面（晶界） （1）小角晶界 2.4 固体和固体之间的界面 2.4.1 同相界面（晶界） （1）小角晶界 倾斜晶界 非对称倾斜晶界： 由两组相互垂直的刃型位错组成。 2.4 固体和固体之间的界面 2.4.1 同相界面（晶界） （1）小角晶界 扭转晶界 旋转轴与晶界面垂直， 螺位错网络与中间良好区组成。 小角晶界的形成与显示方法 （a）液相结晶过程中，空位凝聚模型 （b）冷变形金属的回复过程，位错运动与攀移 （c）小角晶界是亚结构的交界 （d）金相腐蚀法显示位错——观察小角晶界 2.4 固体和固体之间的界面 无论是同相界面还是异相界面，形成界面的主要趋势是界面自由能最低，因此界面将自发地趋向于由原子排列密度较高的晶面和晶向组成。高分辨透射电镜是确定界面原子结构的有效试验手段。利用高分辨透射电镜已经在很多晶体中观察到在密排晶面上形成的孪晶和层错同相界面。 (a) (b) 面心立方SiC晶须中层错(a)和孪晶(b)的高分辨透射电镜照片 在具有面心立方晶体结构的SiC晶须内部观察到了大量在{111}面上的孪晶和层错 2.4.1 同相界面（晶界） （2）大角晶界结构 2.4 固体和固体之间的界面 面心立方Cu的高分辨透射电镜照片 在