No4第三章-表面与界面

1、：熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、：熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、 润湿和烧结等润湿和烧结等 ：化学活性、催化、固相反应：化学活性、催化、固相反应 等等 材料表面的质点与其内部的质点所处的环境不同，材料表面的质点与其内部的质点所处的环境不同，随着颗粒粒径的减小，表面质点所占的比例增加，达随着颗粒粒径的减小，表面质点所占的比例增加，达到一定程度，一系列到一定程度，一系列物理、化学性质发生变化。物理、化学性质发生变化。直径/nm12510100原子总数302504000 30000 3000000表面原子百分数998040202 随着科学技术的进步，表面和界面问题日益受到材料工作者的重视.

2、例如：1992 Gennes Soft Matter 纳米技术、纳米材料 材料的腐蚀与防护 材料的断裂与破坏 材料设计与复合内容提要内容提要 固体表面力场与表面能。固体表面力场与表面能。晶体在表面力场作用下，离子的极化与重排。晶体在表面力场作用下，离子的极化与重排。多相体系中的界面化学：如弯曲效应、润湿等多相体系中的界面化学：如弯曲效应、润湿等多晶材料中的晶界分类，组织，晶界应力与电荷多晶材料中的晶界分类，组织，晶界应力与电荷。粉体粉体/ 液相介质液相介质 中一系列由表面效应而引起的胶体中一系列由表面效应而引起的胶体与界面化学性质。如浆料的流动性、分散性等。与界面化学性质。如浆料的流动性、分散

3、性等。 第一节第一节 固体的表面固体的表面 定义定义 表面表面: 一个相和它本身蒸汽或真空接触的分界面。一个相和它本身蒸汽或真空接触的分界面。 界面界面: 一相与另一相一相与另一相(结构不同结构不同)接触的分界面。接触的分界面。 二、晶体表面结构二、晶体表面结构三、固体的表面能三、固体的表面能一、固体表面的特征一、固体表面的特征 (1) 绝大多数晶体是各向异性，因而同一晶体可以有许多绝大多数晶体是各向异性，因而同一晶体可以有许多 性能不同的表面。性能不同的表面。(2)同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质。质。(3)晶格缺陷、空位或位错而

4、造成表面不均匀。晶格缺陷、空位或位错而造成表面不均匀。(4)在空气中暴露，表面被外来物质所污染，吸附外来原在空气中暴露，表面被外来物质所污染，吸附外来原子可占据不同的表面位置，形成有序或无序排列，也引子可占据不同的表面位置，形成有序或无序排列，也引起表面不均匀。起表面不均匀。(5) 固体表面无论怎么光滑，从固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸原子尺寸衡量，实际上也衡量，实际上也是凹凸不平的。是凹凸不平的。1. 固体表面的不均匀性固体表面的不均匀性，表现在：，表现在： 一、固体表面的特征一、固体表面的特征 晶体中每个质点周围都存在着一个力晶体中每个质点周围都存在着一个力场，在晶体内部，质点力场是对称

5、的。但场，在晶体内部，质点力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重复性中断，在固体表面，质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，表现出剩余的键力， 称之为称之为。 表面力的分类：表面力的分类：定义：定义：(1) 范得华力范得华力(分子引力分子引力)(2) 长程力长程力 (1) 范得华力范得华力(分子引力分子引力) 是固体表面产生物理吸附或气体凝聚的原因。与液体内压、表是固体表面产生物理吸附或气体凝聚的原因。与液体内压、表面张力、蒸汽压、蒸发热等性质有关。面张力、蒸汽压、蒸发热等性质有关。 来源三方面：来源三方面

6、：定向作用力定向作用力FK(静电力静电力) ,发生于极性分子之间。发生于极性分子之间。 诱导作用力诱导作用力FD ，发生于极性与非极性分子之间。，发生于极性与非极性分子之间。 分散作用力分散作用力FL(色散力色散力) ，发生于非极性分子之间。，发生于非极性分子之间。 表达式：表达式： 说明说明：分子间引力的作用范围极小，一般为：分子间引力的作用范围极小，一般为35A0。 当两个分子过分靠近而引起电子层间斥力约等于当两个分子过分靠近而引起电子层间斥力约等于B/r3 , 故范得华力只表现出引力作用。故范得华力只表现出引力作用。 (2) 长程力长程力： 属固体物质之间相互作用力，属固体物质之间相互作

7、用力，本质本质 仍是范得华力。仍是范得华力。 按作用原理可按作用原理可 分为：分为： A. 依靠粒子间的电场传播的，如依靠粒子间的电场传播的，如色散力色散力，可以加和。，可以加和。 B. 一个分子到另一个分子逐个传播而达到长距离的。一个分子到另一个分子逐个传播而达到长距离的。 如如诱导作用力诱导作用力。：总是力图形成球形表面来降低系统的表面能。总是力图形成球形表面来降低系统的表面能。 固体固体: 使使固体固体表面处于较高的能量状态表面处于较高的能量状态(因为固体不能流动因为固体不能流动), 只能借助于离子极化、变形、重排并引起只能借助于离子极化、变形、重排并引起晶格畸变晶格畸变来来 降低表面能

8、，其结果使固体表面层与内部结构存在差异降低表面能，其结果使固体表面层与内部结构存在差异。二、晶体表面结构二、晶体表面结构1. 离子晶体表面离子晶体表面超细结构超细结构(微观质点排列微观质点排列)显微结构显微结构(表面几何状态表面几何状态) 1. 离子晶体离子晶体MX在表面在表面力作用下，处于表面层力作用下，处于表面层的负离子的负离子X在外侧不饱在外侧不饱和，和，负离子极化率大，负离子极化率大，通过电子云拉向内侧正通过电子云拉向内侧正离子一方的极化变形来离子一方的极化变形来降低表面能降低表面能。这一过程。这一过程称为称为松弛松弛，它是瞬间完，它是瞬间完成的，接着发生离子重成的，接着发生离子重排。

9、排。 NaCl 晶 体图图31 离子晶体表面的电子云变形和离离子晶体表面的电子云变形和离子重排子重排NaCl 晶 体图图31 离子晶体表面的电子云变形和离子重排离子晶体表面的电子云变形和离子重排2. 从晶格点阵稳定性从晶格点阵稳定性考虑作用力较大，极考虑作用力较大，极化率小的正离子应处化率小的正离子应处于稳定的晶格位置而于稳定的晶格位置而易极化的负离子受诱易极化的负离子受诱导极化偶极子排斥而导极化偶极子排斥而推向外侧，从而推向外侧，从而形成形成表面双电层表面双电层。重排结重排结果果使晶体表面能量趋使晶体表面能量趋于稳定。于稳定。 3、 NaCl形成形成双电层厚度双电层厚度为为0.02nm,在在

10、Al2O3、SiO2、ZrO2等表面上也会形成双电层。等表面上也会形成双电层。 4、当表面形成双电层后，它将向、当表面形成双电层后，它将向内层内层发生作用，并引发生作用，并引起内层离子的起内层离子的极化和重排极化和重排，这种作用随着向晶体的纵深推，这种作用随着向晶体的纵深推移而逐步衰减。表面效应所能达到的深度，移而逐步衰减。表面效应所能达到的深度，与阴、阳离子与阴、阳离子的半径差有关的半径差有关，差愈大深度愈深。，差愈大深度愈深。 5、离子极化性能愈大，双电层愈厚，从而表面能愈低。离子极化性能愈大，双电层愈厚，从而表面能愈低。 应用应用： 硅酸盐材料生产中，通常把原料破碎研磨成微细硅酸盐材料生

11、产中，通常把原料破碎研磨成微细粒子粒子(粉体粉体)以便于以便于成型和高温烧结成型和高温烧结。分析面心立方结构分析面心立方结构(100)、(110)、(111)三个低指数面上原子的分布。三个低指数面上原子的分布。(112. 晶体表面的几何结构晶体表面的几何结构 实验观测表明：实验观测表明： 固体的实际表面是不规则和粗糙的，固体的实际表面是不规则和粗糙的， 最重要的表现为最重要的表现为表面粗糙度表面粗糙度和和微裂纹微裂纹。 ：(1)使表面力场变得不均匀，其活性及其它表面性使表面力场变得不均匀，其活性及其它表面性 质也随之发生变化。质也随之发生变化。 (2)直接影响固体表面积，内、外表面积比值以及相

12、直接影响固体表面积，内、外表面积比值以及相 关的属性。关的属性。 (3)与两种材料间的封接和结合界面间的与两种材料间的封接和结合界面间的啮合啮合和和结合结合 强度强度有关。有关。 因因晶体缺陷或外力晶体缺陷或外力而产生。表面裂纹在而产生。表面裂纹在材料中起着材料中起着应力倍增器应力倍增器的作用，使位于裂纹尖端的作用，使位于裂纹尖端的实际应力远大于所施加的应力。格里菲斯关于的实际应力远大于所施加的应力。格里菲斯关于微裂纹的公式：微裂纹的公式：cEc 2 bsuu21 ub 为破坏化学键所需能量为破坏化学键所需能量us 为表面能为表面能 2. 离子晶体的表面能离子晶体的表面能)1(00ibissn

13、nNUL 0 为为0K时的表面能；时的表面能；LS 为为1m2表面上的原子数；表面上的原子数；nis、nib分别表示第分别表示第i个原子在晶体表面和个原子在晶体表面和 晶体体内最邻近的原子数晶体体内最邻近的原子数;Uo 为晶格能；为晶格能；N 为阿佛加德罗常数。为阿佛加德罗常数。三、固体的表面能三、固体的表面能 1. 共价晶体表面能共价晶体表面能： 实际表面能比理想表面能的值低，原因可能为：实际表面能比理想表面能的值低，原因可能为： (1) 可能是可能是表面层的结构与晶体内部表面层的结构与晶体内部相比发生了相比发生了改变，表面被可极化的氧离子所屏改变，表面被可极化的氧离子所屏 蔽，减少了表面上

14、蔽，减少了表面上的原子数。的原子数。 (2) 可能是自由表面不是理想的平面，而是由许多可能是自由表面不是理想的平面，而是由许多原子尺度的阶梯原子尺度的阶梯构成，使真实面积比理论面积大。构成，使真实面积比理论面积大。 总结总结 固体和液体的表面能与温度、气压、第二相固体和液体的表面能与温度、气压、第二相的性质等条件有关。温度上升，表面能下降。的性质等条件有关。温度上升，表面能下降。)1(00ibissnnNUL 第二节第二节 界面行为界面行为一、一、 弯曲表面效应弯曲表面效应ABP0ffP0P0ffPP0 + PP0ffPP0 + P附加压力附加压力总是指向曲面的曲率中心总是指向曲面的曲率中心，

15、当曲面，当曲面为凸面时为正值，凹面时为负值。为凸面时为正值，凹面时为负值。由于由于表面张力的存在，表面张力的存在，而使弯曲表面产生一个而使弯曲表面产生一个附附 加压力加压力。球面球面： 2/r :为表面张力；为表面张力；r :曲率半径曲率半径非球面：非球面：(1/r1+1/r2) r1 ，r2 :分别为曲面的两主曲率半径分别为曲面的两主曲率半径附加压力附加压力与曲率半径成反比，而与表面张力与曲率半径成反比，而与表面张力成正比成正比r (1/r1+1/r2) 讨论讨论：(1) 当当 r1 r2时，时， 2/r ； (2)当为两块相互平行的平板间的液体当为两块相互平行的平板间的液体 液面上液面上

16、/r1 (因为因为r2) 当当r1 很小时，此时压力称为毛细管力。很小时，此时压力称为毛细管力。 r1弯曲表面的蒸汽压弯曲表面的蒸汽压 lnP/P0 = 式中式中 M 分子量，分子量， 表面能，液体密度，表面能，液体密度，R气体常气体常 数，数，P0平面液体蒸汽压，平面液体蒸汽压，r 液滴半径。液滴半径。2 MRT1r固体颗粒的溶解度固体颗粒的溶解度lnC/C0 =2 MdRTr1固体颗粒的熔融温度固体颗粒的熔融温度 T=2 M T0d H1r 润湿是指液体和固体接触，由于表面张力润湿是指液体和固体接触，由于表面张力的作用所发生的现象。是固液界面上的重要的作用所发生的现象。是固液界面上的重要行

17、为。行为。定义定义：固液接触后，：固液接触后，体系吉布斯自由焓降体系吉布斯自由焓降低低 。 分类：分类：二、二、 润湿润湿按润湿程度按润湿程度附着润湿附着润湿铺展润湿铺展润湿浸渍润湿浸渍润湿 附着润湿的附着润湿的吉布斯自由焓变化吉布斯自由焓变化为：为： G1 SL (LV SV ) 附着功附着功：W LV SV SL W愈大表示固液界面结合愈牢，愈大表示固液界面结合愈牢， 即附着润湿愈强。即附着润湿愈强。1、附着润湿、附着润湿液气界面液气界面(L-V)固气界面固气界面(S-V)固液界面固液界面(S-L)固体固体液体液体在润湿系统中在润湿系统中(SV SL), LV 减小减小会使会使缩小，而在不

18、润湿系统中缩小，而在不润湿系统中LV 减小会使减小会使增大。增大。cos SV SL LV(A) (B) (C)润湿与液滴的形状润湿与液滴的形状(A) 润湿，润湿， 90o(C)完全润湿，完全润湿， 0o ，液体铺开，液体铺开2、铺展润湿、铺展润湿润湿张力：润湿张力：F LV cos SV SL由此可看出：由此可看出： 浸渍润湿浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。指固体浸入液体中的过程。 例：生坯的浸釉。例：生坯的浸釉。 浸渍润湿自由能的变化：浸渍润湿自由能的变化： G LV cos SV SL 讨论：讨论：若若SV SL ,则则90o ,浸渍润湿过程将自发浸渍润湿过程将自发 进行，此时进行，此时

19、G0若若SV 90o ,要将固体浸入液体之要将固体浸入液体之 中必须做功，中必须做功， 此时此时 G0 固固液体液体固固3、浸渍润湿、浸渍润湿4、影响润湿的因素、影响润湿的因素 讨论：若提高润湿能力，即减小润湿角，则：，则：使固液界面化学性质相同使固液界面化学性质相同2） SV 去除表面吸附膜去除表面吸附膜3） LV 改变液相的组成改变液相的组成4） 改变固体表面的粗糙度改变固体表面的粗糙度1） SL cosSV SL LVYong 公式：公式：4）粗糙度的影响）粗糙度的影响 Yong 公式：公式： SV SL LV cos +BSCS cosS SL + S cos LV - S SV 0c

20、osSV SL LV 称为称为真实润湿角真实润湿角它取决于体系的性质，它取决于体系的性质，体系确定，真实润湿体系确定，真实润湿角确定。它不随材料角确定。它不随材料表面粗糙度而改变。表面粗糙度而改变。LVSLSVA4）粗糙度的影响）粗糙度的影响 nLVSLSVABnSCS cos nnS SL + S cosn LV - n S SV 0n : 表观润湿角表观润湿角 n : 表面粗糙度系数表面粗糙度系数 n1cos n nSV SL LV n cos 4）粗糙度的影响）粗糙度的影响 cos n n cos 体系确定后，真实润湿角体系确定后，真实润湿角确定。要使润湿性能好，确定。要使润湿性能好，须

21、降低表观润湿角须降低表观润湿角n ，可通过改变粗糙度系数，可通过改变粗糙度系数n 实实现。现。cos nnA: 若若 n ， 提高粗糙度提高粗糙度n, n 减小，减小， 有利于润湿。有利于润湿。举例：陶瓷封接举例：陶瓷封接 被银被银讨论：讨论：因因n1 润湿倍增器润湿倍增器B: 若若 90， n ， 提高粗糙度提高粗糙度n, n 增大，增大， 反而不利于润湿。反而不利于润湿。播放播放 蜘蛛丝蜘蛛丝 吸水视频吸水视频NATURE| Vol 463|4 February 2010NATURE| Vol 455| 11 September 2008吸油过程吸油过程 视频视频小结：小结： 1、三种润湿

22、的共同点是液体将气体从固体表面排挤开，、三种润湿的共同点是液体将气体从固体表面排挤开，使原有的固气或使原有的固气或 液气界面消失，而代之以固液界面。液气界面消失，而代之以固液界面。 2、改善润湿的方法：由、改善润湿的方法：由cos（SV SL )/ LV 可知可知 (1) 降低降低SL (2)去除固体表面吸附膜，提高去除固体表面吸附膜，提高SV (3) 降低降低LV (4)改变粗造度。改变粗造度。 当真实接触角当真实接触角90o ,粗造度愈大愈不利润湿。粗造度愈大愈不利润湿。第三节第三节 晶界晶界 晶界晶界：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触， 其接触界面

23、称为晶界其接触界面称为晶界相界相界：由结构、组成不同的两相接触所形成：由结构、组成不同的两相接触所形成 的界面，称为相界面。的界面，称为相界面。 一、晶界特征一、晶界特征 由于晶界上两晶粒的由于晶界上两晶粒的取取向有差异向有差异，两晶粒都，两晶粒都力图使力图使晶界上的质点排列符合自己晶界上的质点排列符合自己的取向的取向。但达到平衡时，晶。但达到平衡时，晶界上的原子就形成某种界上的原子就形成某种过渡过渡的排列方式的排列方式。因此晶界上的因此晶界上的原子排列不规则原子排列不规则，从而，从而结构比较结构比较疏松疏松，因此使晶界具有一些不同于晶粒的特性，因此使晶界具有一些不同于晶粒的特性 一、晶界特征

24、一、晶界特征 晶粒的取向偏差晶粒的取向偏差 晶界结构畸变晶界结构畸变 晶界特性晶界特性1、晶界显露，易受腐蚀。、晶界显露，易受腐蚀。化学稳定性薄弱环节化学稳定性薄弱环节5、应力畸变，能阶高，、应力畸变，能阶高， 固态相变优先成核区。固态相变优先成核区。 固态相变固态相变4、杂质偏聚、杂质偏聚 晶界势垒、电子材料晶界势垒、电子材料3、高温性能、高温性能 高温蠕变高温蠕变2、离子快速扩散的通道、离子快速扩散的通道 固体电解质、烧结固体电解质、烧结二、二、 晶界结构的分类：晶界结构的分类： 1. 按按两个晶粒之间夹角两个晶粒之间夹角的大小来分：的大小来分： 金刚石界面两侧的晶体具有非常相似的结构和界

25、面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向，越过界面原子面是连续的类似的取向，越过界面原子面是连续的2、按晶界两边原子排列的连贯性、按晶界两边原子排列的连贯性界面两侧结构相差很大且与相邻界面两侧结构相差很大且与相邻晶体间有畸变的原子排列。晶体间有畸变的原子排列。晶面间距比较小的一个相发生应变，晶面间距比较小的一个相发生应变，在界面位错线附近发生在界面位错线附近发生局部晶格畸变局部晶格畸变。1）当失配度较小时，两晶粒的晶面间距相差不大，以共格晶界存在能量最低。如孪晶C1C2弹性应变能弹性应变能失配度连贯（共格）连贯（共格）半共格半共格B失配度： =C2 C1 C1弹性应变能弹性应变能失配度连贯（

26、共格）连贯（共格）半共格半共格2）当失配度增加到一定程度，如B点，若再以共格相连，所产生的弹性应变能将大于引入晶界位错所引起的能量。以半共格晶界相连比共格晶界能量更低。因而以半共格晶界相连。C1C2BAg/CuAg/CuCuO与位错线有关的一个泊松比；柏氏矢量；失配度；剪切模量； 00000)2ln(1)ln()1(4rbGrbAAbGW 长度晶界能：晶界能：Brooks 在半共格晶界中，由于界面位错的引入，使位错线附近发生局部的晶格畸变，从而使晶界能增加。3)当失配度进一步增加，晶界引入位错不能无限当失配度进一步增加，晶界引入位错不能无限制增加，这时晶粒以非共格晶界相连。晶界质点制增加，这时

27、晶粒以非共格晶界相连。晶界质点的排列趋于无序状态。的排列趋于无序状态。Cu / Al / NiCu / Al / Ni 三、晶界偏析、相偏析三、晶界偏析、相偏析1、现象：、现象： 材料制备中，杂质或掺杂剂往往在晶界或相界等材料制备中，杂质或掺杂剂往往在晶界或相界等处发生聚集，从而造成在晶界或晶界区出现组分不同处发生聚集，从而造成在晶界或晶界区出现组分不同于两侧晶粒的变化。表现为：于两侧晶粒的变化。表现为： 1） 溶质或杂质在晶界面上的吸附溶质或杂质在晶界面上的吸附 2）固有点阵缺陷在晶界区的增加）固有点阵缺陷在晶界区的增加 3）杂质在晶界的偏析）杂质在晶界的偏析 4）在晶粒间产生新相）在晶粒间

28、产生新相相偏析相偏析晶界偏析：晶界偏析：在晶界上出现具有不同化学成分的现象。在晶界上出现具有不同化学成分的现象。相偏析：相偏析： 溶质原子在晶界上聚集，并形成不同成溶质原子在晶界上聚集，并形成不同成 分的新相。一般位于多晶交叉处。分的新相。一般位于多晶交叉处。 又称脱溶凝结又称脱溶凝结相偏析相偏析晶界偏析晶界偏析2 2、意义：、意义： 晶界偏析、相偏析晶界偏析、相偏析 是多晶材料中非常普遍的现是多晶材料中非常普遍的现象象。材料的机械、电学、磁学、光学等性能往往与。材料的机械、电学、磁学、光学等性能往往与晶界或相偏析有关，例如：晶界或相偏析有关，例如： IUARTB2 2）BaTiOBaTiO3

29、 3 PTC PTC 陶瓷中，陶瓷中，Al,SiAl,Si，Ti Ti 等杂质在晶界的等杂质在晶界的 偏析，提高了其偏析，提高了其PTCPTC效应。效应。1 1）ZnO ZnO 压敏材料中，压敏材料中，ZnOZnO晶粒间析出晶粒间析出 和和-Bi-Bi2 2O O3 3 相，相， 从而具备压敏效应。从而具备压敏效应。3、晶界偏析的推动力：、晶界偏析的推动力： 当杂质（溶质）离子的大小或电荷不同于晶粒质点（基质）时，杂质离子在基质内将引起较大的晶格畸变，使体系的内能升高。若杂质离子迁移到较疏松的晶界处，畸变能降低，使体系的自由能降低。即弹性应变能使杂质在晶界富集。 同时，杂质原子在晶粒内的可用位

30、置数，远大于晶界的位置数。从熵增原理，体系趋向于混乱度增加的方向，即杂质原子趋向于停留在晶粒内部。4、晶界偏析方程：、晶界偏析方程： 晶粒内：晶粒内：N个晶格位置被个晶格位置被Q个杂质个杂质原子占据，原子占据，原子的原子的畸变能畸变能: U组态熵：组态熵：K T ln (Q/N) 偏摩尔自由焓偏摩尔自由焓i = U+ K T ln (Q/N) 晶界处：晶界处： n个晶格位置被个晶格位置被q个杂质个杂质原子占据，原子占据，原子的原子的畸变能畸变能: u组态熵：组态熵：K T ln (q/n) 偏摩尔自由焓偏摩尔自由焓 g = u+ K T ln (q/n)U+ K T ln (Q/N) = u+

31、 K T ln (q/n) 平衡时平衡时化学位相等化学位相等U+ K T ln (Q/N) = u+ K T ln (q/n) q Q n N= exp ( ) Uu K T式中：式中： q/n 为晶界处平衡杂质浓度，为晶界处平衡杂质浓度， C Q/N 为晶粒中平衡杂质浓度，为晶粒中平衡杂质浓度， C0 Uu 为晶界偏析能，即应变能，为晶界偏析能，即应变能，EC = C0 exp (E/ KT)Mclean 公式公式 C = C0 exp (E/ KT)2） E : 5、影响杂质偏析的因素、影响杂质偏析的因素 1）Co:Co C 同种杂质同种杂质3) T:4）Cm ： 杂质在基质内的最大固溶度

32、杂质在基质内的最大固溶度Cm 越小，越小，杂质处于晶粒内越困难，杂质处于晶粒内越困难，应变能越大，应变能越大， C 越大。越大。E C 不同杂质不同杂质T C 组态熵组态熵 多晶材料中，如果有两种多晶材料中，如果有两种不同热膨胀系数不同热膨胀系数的晶相组成，的晶相组成，在加热与冷却过程中，由于两相膨胀系数的差别，在晶界在加热与冷却过程中，由于两相膨胀系数的差别，在晶界上会有上会有应力应力存在存在。LTdK/ 讨论：讨论：(1)晶界应力与热膨胀系数差、温度变化及复晶界应力与热膨胀系数差、温度变化及复 合层厚度合层厚度 成正比。成正比。(2)若热膨胀系数是各向同性，晶界应力不会若热膨胀系数是各向同

33、性，晶界应力不会 产生。产生。(3)若产生晶界应力，则厚度愈厚，应力愈大。若产生晶界应力，则厚度愈厚，应力愈大。：在多晶材料中，在多晶材料中，细而长的针状晶粒细而长的针状晶粒的的强度与抗冲击性能较好强度与抗冲击性能较好。1、晶结构形：、晶结构形： 晶界在多晶体中的形状、构造和分布称为晶界在多晶体中的形状、构造和分布称为晶界晶界构形构形。晶界构形是由多相间的晶界构形是由多相间的表面张力表面张力的相互关的相互关系决定。系决定。五、多晶体的组织五、多晶体的组织 SVSVss晶粒晶粒晶粒晶粒1 1）固）固- -固固- -气气 系统界面系统界面假设：各晶面上晶界能相等假设：各晶面上晶界能相等ss=2SVcos2 为热腐蚀槽角为热腐蚀槽角2 2）固）固- -固固- -液液 系统界面系统界面假设：各晶面上晶界能相等假设：各晶面上晶界能相等 为二面角为二面角ss晶粒晶粒晶粒晶粒晶粒晶粒 SLSLss =cos2 2SLcos 2=2SL ss 二面角取决于二面角取决于ss与与SL 的比值的比值(抛光断面抛光断面) 3 3）固）固- -固固- -固系统界面固系统界面120三晶交界处：三晶交界处：断面六边形断面六边形晶界直晶界直晶界夹角晶界夹角1202、 组织结构组织结构第四节第四节 粉体颗粒粉体颗粒/ 液相液相 胶体系统胶体系统一、粉体颗粒的带电一、粉体颗粒