材料表面与界面

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1、材料的表面与界面专业：材料学姓名:余文鹏学号：08102033摘要：晶态固体的表面与界面是构成晶态固体组织的重要组成部分。众多的的微细颗粒形成大量的结晶中心，当它们发育成晶粒并逐渐长大到相遇时就形成晶界，晶界区的宽度只有数个A°，相对于理想完整晶体来说，界面是晶体缺陷，它是二维的结构缺陷。本文主要是写了材料界面的相关知识，晶粒之间的相界和晶界、晶粒内的大角度晶界以及小角度晶界。关键词：界面；相界；大角度晶界；小角度晶界1文献综述晶态固体的表面与界面是构成晶态固体组织的重要组成部分。相对于理想完整晶体来说，表面与界面是晶体缺陷，它们是二维的结构缺陷。表面与

2、界面的结构不同于晶体内部的结构，因而具有很多重要的不同于晶体内部的性质，这些性质不仅在晶体的一系列物理化学过程中起重要的作用，而且对固态晶体的整体性能也有很重要的影响。例如晶粒生长、摩擦、腐蚀、表面钝化、反射等都与表面的微观结构用直接的关系。晶体中的界面迁动、异类原子在晶界的偏聚、界面的扩散率、材料的力学和物理性能等也都和界面结构有直接的关系[1]。所以，对材料表面与界面结构的研究是现代材料学科中的一个活跃课题，特别是最近20年来表面与界面科学已经成为一门新兴的综合性学科。本文主要是写了材料界面的相关知识，晶粒之间的相界和晶界、晶粒内的大角度晶界以及小角

3、度晶界。在金属材料中，众多的的微细颗粒形成大量的结晶中心，当它们发育成晶粒并逐渐长大到相遇时就形成晶界[2]。金属材料是由形状不规则和取向不同的晶粒构成的多晶体，多晶体的性质不仅由晶粒内部结构和它们的缺陷结构所决定，而且还与晶界结构、数量等因素有关。凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称为晶界。如果相邻晶粒不仅位向不同，而且结构、组成也不相同，即它们代表不同的两个相测其间界称为相界面或界面。晶界区的宽度只有数个A°。由于原子间结合键的变化及结构畸变，相界面同样具有特殊的界面能，可以与晶界类同看待。2相界晶体材料内部不仅位向不同，而且结构不同，甚

4、至成分也不同的两部分晶体之间的界面成为相界。在纯金属的同索异晶转变过程中出现的相界面，其两侧仅结构不同；而合金相的相界两侧，除结构不同外，往往成分也不相同，在钢中。，常见的相有奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体和铁素体等。在不同反应温度下，由于新相和母相之间的自由能差，大多数相会发生相变，新相的长大，实质上是新相晶面向母相方向的迁移。依据固态相变的类型和晶核界面结构的不同，其长大机理也不同。新相晶核的长大有共格、半共格和非共格界面迁移几种方式，所以两相在晶体学上的匹配程度的不同，可以分为共格界面、半共格界面和非共格界面等三类。常见的大都是半共格和非共格两种界

5、面[3]。半共格时，其晶核的长大是通过半共格界面上靠母相一侧的原子以切变的方式来完成，其特点是大量的原子有规则地沿某一方向作小于一个原子间距的迁移，并保持各原子间相邻关系不变，这种晶核长大过程也称为协同型长大或位移式长大。由于该相变中原子的迁移都小于一个原子间距，故又称为无扩散型相变。1.1共格界面当界面上的原子所占位置恰好是两个点阵的共有位置时，两相的原子可以一对一地相互匹配（见图1.1）。这种界面叫做共格界面。只有对称的鸾晶界才是理想的共格晶界。实际上两阵点总是有一定的差别的，或者点阵结构不同，或者点阵参数不同。晶面间距毕竟不是完全相等的，因此形成共

6、格界面时，必然在界面附近产生应变，晶面间距较小者发生伸长，晶面间距较大者产生压缩，以互相协调，使界面上原子达到匹配。因此，共格界面周围常伴随有应力、应变。图1.1共格界面1.2半共格界面当两相界面上原子间距的相对差值即错配度增大到一定程度时，便难以继续维持完全共格，这样就会在界面上产生一些刃型位错，以补偿原子间距差别过大的影响，使界面弹性应变能降低。在这种界面上两原子变成部分保持匹配（见图1.2）。图1.2半共格界面1.3非共格界面当两相面处的原子排列差异很大，即错配度很大时，其原子间的匹配关系便不再维持以上关系，这样的成为废共格界面（见图1.3）。图1

7、.3非共格界面3晶粒界晶界对多晶体的物理化学性能有重要影响。晶粒越细小，晶界在多晶体材料的物理化学性能上所起的作用越为重要。晶界的性质取决于它的结构，晶界的结构首先取决于它邻接的两个晶粒的相对取向，而两个晶粒间的取向往往可以用两晶粒通过某一轴u旋转一个最小角度来描述。但即使是相对取向，晶界在两个晶粒之间的位置不同，即晶界的空间取向不同，晶界的结构和性质也不相同。所以，从几何角度讲，一个晶界必须由获得相对取向的旋转轴u的取向、最小旋转角度θ的值和晶界在晶体中的位置来定义。另外，晶界的结构还依赖原子水平的局部位移。同时，晶界结构还受内部的原子键合、成分和结构

8、缺陷等参数以及外部的温度和压力等变量的影响。根据两相邻晶粒位向差的大小，而分为小