第八章晶界與相界

1、第十一章 固體材料的界面界面界面:是由一個(gè)相過渡到另一相的過渡區(qū)域 外部界面：晶體與其他介質(zhì)接觸的部分內(nèi)部界面：晶界、亞晶界、相界、孿晶界界面和內(nèi)部本體的區(qū)別o 結(jié)構(gòu)o 化學(xué)組成受力與內(nèi)部本體界面能11.1 晶體表面晶體表面 1.理想表面理想表面 o 系統(tǒng)不發(fā)生任何變化的表面 。o 理想表面就是指表面的原子位置和電子密度都和體內(nèi)一樣 2.清潔表面清潔表面 清潔表面指不存在任何污染的化學(xué)純表面，即不存在吸附、催化反應(yīng)或雜質(zhì)擴(kuò)散等物理、化學(xué)效應(yīng)的表面。 高溫?zé)崽幚怼㈦x子轟擊加退火、真空解理、真空沉積、場(chǎng)致蒸發(fā)等才能得到清潔表面，同時(shí)還必須保持在133X10-10Pa的超高真空中 o 弛豫:表面附近

2、的點(diǎn)陣常數(shù)發(fā)生明顯的變化o 重構(gòu):表面原子重新排列，形成不同于體內(nèi)的晶面。3吸附表面吸附表面 吸附有外來原子的表面11.2 表面吸附與偏析附吸附吸: 指氣相中的原子或分子沾集在固 體(或液體)表面上偏析偏析: 指固溶體(或溶液)中的溶質(zhì)原子富 集在表面層內(nèi) 1.表面偶電層表面偶電層 o 表面形成一個(gè)勢(shì)壘o 一些具有較大動(dòng)能的電子可以穿透勢(shì)壘，在表面形成一層稀薄的電子云，而體內(nèi)鄰近表面處的電子云密度有所降低，于是在表面形成一個(gè)偶電層 2物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附 物理吸附是反應(yīng)分子靠范德華力吸附在固體表面上化學(xué)吸附，吸附劑和吸附物的原子和分子間發(fā)生電子 轉(zhuǎn)移，改變了吸附分子的結(jié)構(gòu)，類似

3、化學(xué)反應(yīng)。作用 力為靜電庫(kù)侖力。化學(xué)吸附可分為：o 離子吸附：發(fā)生完全的電子轉(zhuǎn)移，吸附劑和被吸附物質(zhì)變成離子，兩者的結(jié)合為離子鍵o 化學(xué)吸附：吸附劑和被吸附物質(zhì)電子轉(zhuǎn)移不完全，兩者之一或雙方都提供電子作為共有化電子，形成局部?jī)r(jià)鍵，結(jié)合力是共有化電子與離子實(shí)之間的靜電庫(kù)侖力不同點(diǎn)不同點(diǎn)： 吸附熱不同：化學(xué)吸附熱大于物理吸附熱 吸附和脫附的速率不同 ：化學(xué)吸附和脫附速率比物理 吸附的慢吸附的選擇性不同 ：化學(xué)吸附有選擇性吸附層的厚度不同 ：化學(xué)吸附單層，物理吸附可以單層 和多層吸附態(tài)的光譜不同 ：物理吸附使峰位移 化學(xué)吸附產(chǎn)生新峰物理吸附與化學(xué)吸附的關(guān)系物理吸附與化學(xué)吸附的關(guān)系有些化學(xué)吸附要經(jīng)過物

4、理吸附之后才能進(jìn)行可能相互轉(zhuǎn)化有時(shí)難于區(qū)別吸附的平衡吸附量取決于吸附劑和吸附物質(zhì)本身，與溫度、壓力也有一定的關(guān)系iTii,恒溫o 吸附情況下的化學(xué)勢(shì)可以通過控制氣壓來固定。o 偏析情況下的化學(xué)勢(shì)可以通過控制體相中溶質(zhì)的成分固定。將與表面平衡的蒸汽看成理想氣體iiipRT ln0iiipRTln1一、晶界一、晶界 二維晶界二維晶界11.3、晶界、晶界 與相界與相界三維晶界三維晶界 1、小角度晶界、小角度晶界1）對(duì)稱傾側(cè)晶界）對(duì)稱傾側(cè)晶界 2）非對(duì)稱傾側(cè)晶界）非對(duì)稱傾側(cè)晶界 3）扭轉(zhuǎn)晶界）扭轉(zhuǎn)晶界 2、大角度晶界、大角度晶界 若界面原子同時(shí)處于兩相點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上，即兩相原子在相界面上完全匹配時(shí)，該相界稱為共格相界 二、相界二、相界兩相原子在相界面上無任何匹配關(guān)系，則該相界稱為非共格相界。當(dāng)兩相結(jié)構(gòu)相近而原子間距相差較大時(shí)，可形成半共格界面。界面的部分共格關(guān)系主要是通過一組刃型位錯(cuò)來調(diào)整和維持。 半共格界面上的位錯(cuò)間距取決于晶面的錯(cuò)配度 aaa aD o 很小，D很大，趨向共格o 很大，D很大，即為非共格界面的特性界面的特性 1）界面能：晶界上原子排列不規(guī)則，處于較為的能量狀態(tài)，因此形成單位面積時(shí)所增加的能量稱為晶界能。o 大角度晶界能最高，小角度晶界能較低，且位向差越小，晶界能越低，孿晶界界面能最低。o 對(duì)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