晶界与相界ppt课件.ppt

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 1 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 2 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 3 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 4 弛豫 表面附近的点阵常数发生明显的变化 5 重构 表面原子重新排列 形成不同于体内的晶面 6 3 吸附表面吸附有外来原子的表面 7 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 8 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 9 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 10 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 11 不同点 吸附热不同 化学吸附热大于物理吸附热 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 吸附的选择性不同 化学吸附有选择性 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 吸附态的光谱不同 物理吸附使峰位移化学吸附产生新峰 12 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 13 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 14 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 15 将与表面平衡的蒸汽看成理想气体 16 17 一 晶界 二维晶界 11 3 晶界与相界 18 三维晶界 19 1 小角度晶界 20 1 对称倾侧晶界 21 2 非对称倾侧晶界 22 3 扭转晶界 23 2 大角度晶界 24 25 26 27 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 28 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 29 30 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 31 半共格界面上的位错间距取决于晶面的错配度 很小 D很大 趋向共格 很大 D很大 即为非共格 32 33 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