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表面技术概论复习思考题及答案-08级

《表面技术概论》思考题

第二章表面科学基本概念及理论

基本概念：

表面:固体表面一个或数个原子层的区域。由于表面粒子没有邻居

粒子，其物理性质和化学性质与固体内部明显不同。

界面:一般指两相交界处，严格讲固固、液夜、气液、固液交界处

皆为界面。

晶界：结构相同而取向不同的晶体之间的界面。

相界：由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接

而形成的界面。

理想表面：是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。

清洁表面：指没有被其他任何物质污染，也没有吸附任何不是表

面组分的其他院子或分子的表面，是我们在预处理中想要得到的表面。

实际表面：存在缺陷、杂质等现象的表面。

机械加工表面：在磨削、研磨、抛光等机械作用下，金属表面能

形成特殊结构的表面层。

表面驰豫：表面的原子周期性突然破坏，表面上的原子会发生相

对于正常位置的上下位移以降低体系能量，表面上的这种原子的位移

称为表面弛豫。

表面重构：平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不

同，原子位置作了较大幅度的调整。

表面台阶结构：由于原子的热运动，晶体表面产生一定密度的单

分子或原子高度的台阶。

表面粗糙度：加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组成的微观

几何形状误差，也称微观粗糙度。

贝尔比层：固体材料经切削加工后，在几个微米或十几个微米的

表层中可能发生组织结构的剧烈变化，使得在表面约10nm的深度内，

形成晶格畸变薄层。

物理吸附：靠范德华力作用，对温度比较敏感，低温下的单层有

序结构，吸附分子结构无变化。

化学吸附：形成化学键结合，存在电子转移，结合强度比物理吸

附大许多。

固体的表面张力：是由于原子间的作用力以及在表面和内部的排

列状态的差别而引起的。

表面自由能：表层原子的能量远大于内部原子，将高出的能量叠

加后，平均在单位面积上的超额能量称之为比表面能，简称为表面能。

常用表面自由能来描述材料表面能的变化，其物理意义是指产生1平

方厘米新表面需消耗的等温可逆功。

表面扩散：原子或分子沿表面的二维迁移。包括单个原子跳跃几

个晶格后越过一个平台；吸附原子沿边缘的长度方向扩散；空位被表

面原子填充形成扩散。

表面缺陷：金属表面局部物理或化学性质不均匀的区域，包括：

非金属夹杂物及其他第二相颗粒、位错或晶界露头、吸附杂质原子、

表面空位或台阶等。

基本理论：

1.解释清洁表面的结构

化学成分与体内原子相同，但原子结构的周期性不同于体内，发

生多种与体内不同的结构变化，如表面弛豫、重构、台阶化、偏析和

吸附等。

2.分析材料表面吸附方式的影响因素

固体表面的粗糙度及污染程度对吸附有很大影响，液体表面张力

和润湿条件的影响也很重要。

3.分析金属铁的表面氧化方式

4.金属材料在工业环境中被污染的实际表面是怎样的

存在杂质、缺陷等现象，具有一定的粗糙度，表面有各种氧化物

覆盖。

5.分析影响表面能的因素

晶体原子间的结合能、表面原子的晶面取向和温度。

6.黏着固体与固体接触时有何表面现象。

消耗一定的能量（粘附功），产生两个新的表面。

7.分析最常见的几种界面类型。

1.基于固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面

在外力作用于金属表面时，金属表面形成贝尔比层，具有粘性液

体膜似的非晶态外观，不仅能将便面覆盖得很平滑，而且能流入裂缝

或划痕等表面不规则处。在贝尔比层的下面为塑性流变层，塑变程度

与深度有关。

2.基于固相组织或晶粒结构差异形成的界面

特征是两相之间的微观成分与组织存在很大差异，但无宏观成分

上的明显区别。

3.基于固相宏观成分差异形成的界面

（1）冶金结合界面

当覆层与基体材料之间的界面结合是通过处于熔融状态的覆层材

料沿处于半熔化状态下的固体基材表面向外凝固结晶而形成时，覆层

与基材的结合就称为冶金结合。实质是金属键结合，结合强度很高，

可以承受较大的外力或载荷，不易在服役过程中发生剥落。

（2）扩散结合界面

两个固