材料表面与界面-07.ppt

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1、材料界面结构1固体界面的分类界面：两相之间的接触面；如相界面、内界面、晶界等。同相界面：相同化学成分和晶体结构的晶粒间界面，晶界、孪晶界、畴界和堆垛层错；异相界面：不同化学成分和晶体结构的区域间界面，如同质异构体界面、异质异构体界面、同素异构体间的界面－相界(如/界面)1.1界面的分类：依据形成途径分类（1）机械作用界面；（2）化学作用界面；（3）固体结合界面；（4）液相或气相沉积界面；（5）凝固共生界面；（6）粉末冶金界面；（7）粘结界面；（8）熔焊界面；（1）机械作用界面：受机械作用而形

2、成的界面称为机械作用界面。常见的机械作用包括切削、研磨、抛光、喷砂、变形、磨损等。（2）化学作用界面：由于表面反应、粘结、氧化、腐蚀等化学作用而形成的界面称为化学作用表面。（3）固体结合界面：由两个固体相直接接触，通过真空、加热、加压、界面扩散和反应等途径所形成的界面称为固体结合界面。（4）液相或气相沉积界面：物质以原子尺寸形态从液相或气相析出而在固态表面形成的膜层或块体称为液相或气相沉积界面。（5）凝固共生界面：两个固相同时从液相中凝固析出，并且共同生长所形成的界面称为凝固共生界面。（6）粉末

3、冶金界面：通过热压、热锻、热等静压、烧结、热喷涂等粉末工艺，将粉末材料转变为块体所形成的界面称为粉末冶金界面。（7）粘结界面：由无机或有机粘结剂使两个固相结合而形成的界面称为粘结界面。（8）熔焊界面：在固体表面造成熔体相，然后两者在凝固过程中形成冶金结合的界面称为熔焊界面。1.2界面的分类：依据结晶学分类（1）平移界面；（2）孪晶界面；（3）混合界面；（4）反演界面；（1）平移界面在结构相同的晶体中，一部分相对于另一部分平滑移动一个位移矢量。其间的界面称为平移界面。A.P.BSFA.P.B---

4、等于点阵矢量，称反相界面；SF---不等于点阵矢量，称层错。（2）孪晶界面孪晶界面又称取向界面（3）混合界面当晶体结构由中心对称向非中心对称转变时，由反演操作联系起来的两个畴之间形成反演界面IB。反演界面两侧点阵相同，但通过一个反演中心联系着。IB左侧右侧（4）反演界面晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。固态相变中，晶核先在晶界处形成，长大。当晶体生长时相界面与另一晶体的相界面相遇

5、，形成新的稳定晶界。晶界对位错、磁畴壁(domainwall)、铁电畴壁等有钉扎作用。由于晶界处能量及应力高，裂纹(cracks)常从晶界处开始，然后扩大，最后产生断裂。杂质容易在晶界处扩散。2晶界2.1晶界分类(1)按两个晶粒之间夹角的大小来分：小角度晶界：θ＝0°→3～10°中角度晶界：θ＝3°→10～15°大角度晶界：θ＞15°(2)根据晶界两边原子排列的连贯性来分：共格晶界:两种相的原子在界面处完全匹配，形成完整格界面。半共格晶界：晶面间距相差较大，在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹

6、性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配。非共格晶界:界面上两相原子无任何匹配关系。2.1.1小角晶界分类对称倾斜晶界不对称倾斜晶界扭转晶界2.1.2晶界的显微照片晶界的高分辨TEMNi0.76Al0.24:500ppmB的小角晶界（倾斜7°）TiAl合金有轻微错配的共格相界面共格晶界或相界是一类特殊而常见的低能态界面，结构特征是界面上的原子同时位于其两侧晶格的结点上，即界面两侧的晶格点阵彼此衔接，界面上的原子为两者共有。半共格界面特征：沿相界面每隔一定距离产生一个刃型位错，除刃型位错线上的原

7、子外，其余原子都是共格的。2.1.3非共格晶界2.2晶界对材料性质性能的影响A、降低材料机械强度B、晶界能够富集杂质原子C、晶界原子能量较高可以成为高温传质过程的快速通道。晶界应力晶界应力与热膨胀系数Δα、温度变化、d成正比，如热膨胀为各向同性即Δα=0,τ=0。晶粒越大，应力愈大强度越差，抗热冲击性也差。人为引入具有不同α和弹性模量的晶界相和第二相的弥散，进行晶界应力设计，有助于材料的强韧化。高材料的强度是几个世纪以来材料研究的核心问题。迄今为止强化材料的途径可分为四类：固溶强化、第二相弥散强

8、化、加工（或应变）强化和晶粒细化强化。这些强化技术的实质是通过引入各种缺陷（点缺陷、线、面及体缺陷等）阻碍位错运动，使材料难以产生塑性变形而提高强度。但材料强化的同时往往伴随着塑性或韧性的急剧下降，造成高强度材料往往缺乏塑性和韧性，而高塑韧性材料的强度往往很低。长期以来这种材料的强韧性“倒置关系”成为材料领域的重大科学难题和制约材料发展的重要瓶颈。如何提高材料的强度而不损失其塑性？这是众多材料科学家面临的一个重大挑战。中科院沈阳金属卢柯等与美国麻省理工学院S.Suresh教授合作，在过去大量研究