《材料表面与界面》课程教学课件（PPT讲稿）第九章 无机非金属材料表界面

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无机非金属材料的表界面区的化学组成和微观 结构都与总体有较大的差异，并具有一些总体没有 的特殊性。正是这种差异对材料的表观性质产生了 显著的影响，因此，了解无机非金属材料的表界面 的结构、组成与其物理、化学性质的关系，对设计 新材料、赋予材料新的功能等具有重要的意义

无机非金属材料的表界面区的化学组成和微观 结构都与总体有较大的差异，并具有一些总体没有 的特殊性。正是这种差异对材料的表观性质产生了 显著的影响，因此，了解无机非金属材料的表界面 的结构、组成与其物理、化学性质的关系，对设计 新材料、赋予材料新的功能等具有重要的意义

5.1陶瓷表界面 陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形 成的多晶聚集体。多晶聚集体集合方式是依靠单个 晶粒表面态的聚集和晶界，因此晶体的表面和晶界 的结构特征对陶瓷材料的性质有着重要的影响，甚 至是决定性的

陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形 成的多晶聚集体。多晶聚集体集合方式是依靠单个 晶粒表面态的聚集和晶界，因此晶体的表面和晶界 的结构特征对陶瓷材料的性质有着重要的影响，甚 至是决定性的。 5.1 陶瓷表界面

5.1.1晶体的表面与界面 凝聚相与气相之间的分界面称为表面，凝聚相 之间的分界面称为界面。不同凝聚相之间的分界面 称为相界面，同一相的 表面 晶粒之间的分界称为晶 粒间界，简称晶界。 一、理想表面 h h △z AP 2m E 理想表面示意图

5.1.1晶体的表面与界面 凝聚相与气相之间的分界面称为表面，凝聚相 之间的分界面称为界面。不同凝聚相之间的分界面 称为相界面，同一相的 2 e h h z P m E  =  表面 d 内部 理想表面示意图 晶粒之间的分界称为晶 粒间界，简称晶界。 一、理想表面

2、清洁表面 清洁表面是指表面经过特殊处理后，保持在 101010Pa超高真空下的状态。 888888 000000 ●● ● 00000O ○○○○○○ 00000O ●●●●● ○○○O○○ OOOOOO ●O (a)驰豫 (b)重构 (c)偏析 ●● ● ●】 ● 0 oo ●●●● ● ○○○○ 00000O ○○○○ ○OOO ○○ 00000 ○○○○○○ (d)化学吸附 (e)化合物 (f)台阶

2、清洁表面 清洁表面是指表面经过特殊处理后，保持在 10-10～10-9Pa超高真空下的状态。 （a）驰豫 (b)重构 （c）偏析 （d）化学吸附 (e)化合物 （f）台阶

(1)弛豫表面 指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂。 直间距d,和体内原子层间距d,相比有所膨胀和压缩 的现象。可能涉及几个原子层。 (2)重构表面 指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体 内，但在垂直方向上的层间间距d,与体内相同。 ●表面 表面

（1）弛豫表面 指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂 直间距ds和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩 的现象。可能涉及几个原子层。 （2）重构表面 指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体 内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。 d s 内部 表面 d0 d0 内部 表面 d0

(3)偏析 偏析是指当有其他原子进入表面时，出现体内 不存在的表面结构，也称为覆盖结构。即杂质由体 内偏析到表面，使多组分材料体系的表面组成与体 内不同。 将偏析与表面张力联系起来： (I)若Y2<Y1,表面张力较小的组分将在表面上偏析 (富集)； (2)若Y2=Y1,不存在表面偏析

（3）偏析 偏析是指当有其他原子进入表面时，出现体内 不存在的表面结构，也称为覆盖结构。即杂质由体 内偏析到表面，使多组分材料体系的表面组成与体 内不同。 将偏析与表面张力联系起来： (1) 若2< 1，表面张力较小的组分将在表面上偏析 （富集）； (2) 若2= 1，不存在表面偏析

3、实际表面 (1)表面形态 粗糙度（即表面光洁度）就是用来描述表面不平 整程度的。 粗糙系数：R=Ar/Ag (2)表面组织 经过抛光以后，金属的表面组织与体内不同。 (3)高温下的固体表面结构 在低于熔点的高温下，表面附近的原子发生强烈 的热振动，表面及表面附近感生出许多表面位错、滑 移带、空位群，即在高温下表面区产生了高度变形

3、实际表面 （1）表面形态 粗糙度（即表面光洁度）就是用来描述表面不平 整程度的。 粗糙系数： R = Ar /Ag （2）表面组织 经过抛光以后，金属的表面组织与体内不同。 （3）高温下的固体表面结构 在低于熔点的高温下，表面附近的原子发生强烈 的热振动，表面及表面附近感生出许多表面位错、滑 移带、空位群，即在高温下表面区产生了高度变形

4、界面 界面是指两个或数个凝聚相的交界面，通常是 指两种不同相间的规则界面。如相界面、内界面、 晶界等。 (1)晶界结构 孪晶界、小角度品界和大角度晶界。 (2)晶界能 晶界区一般多为固溶体，是高能量区

4、界面 界面是指两个或数个凝聚相的交界面，通常是 指两种不同相间的规则界面。如相界面、内界面、 晶界等。 （1）晶界结构 孪晶界、小角度晶界和大角度晶界。 （2）晶界能 晶界区一般多为固溶体，是高能量区

(3)晶界应力 多晶材料各个晶粒的光轴取向不同、收缩不同； 造成室温时各晶粒处于应力或夹持状态。 (4)晶界电位和空间电荷 在热力学平衡时，离子晶体的表面和晶界由于有 过剩的同号离子而带有一种电荷。 晶体内静电势为：。=2(gw-8) (5)晶界偏析 晶界区的偏析或沉积是有一个含杂质厚度仅为几 毫米的薄层，其结构和晶粒相同，通常沿用金属中的 术语称之为偏析，而非第二相

（3）晶界应力 多晶材料各个晶粒的光轴取向不同、收缩不同， 造成室温时各晶粒处于应力或夹持状态。 （4）晶界电位和空间电荷 在热力学平衡时，离子晶体的表面和晶界由于有 过剩的同号离子而带有一种电荷。 晶体内静电势为： （5）晶界偏析 晶界区的偏析或沉积是有一个含杂质厚度仅为几 毫米的薄层，其结构和晶粒相同，通常沿用金属中的 术语称之为偏析，而非第二相。 1 ´ . ( ) 2 e M X z gV gV  = −