材料表面與界面考試資料整理

1、題型一、 名詞解釋（8個(gè)，24分）二、 簡(jiǎn)答（8個(gè)，48分，有畫圖題）三、 簡(jiǎn)述（2個(gè)，28分）考試范圍一、 名詞解釋1. 表界面：由一個(gè)相過(guò)渡到另一相的過(guò)渡區(qū)域。2. 表面：習(xí)慣上把固氣、液氣的過(guò)渡區(qū)域稱為表面。界面：把固液、液液、固固的過(guò)渡區(qū)域稱為界面。物體與物體之間的接觸面。界面兩種物質(zhì)（同種或不同種）之間的接觸面、連接層和分界層。 3. 理想表面：理論上結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。4. 清潔表面：不存在任何吸附、催化反應(yīng)、雜質(zhì)擴(kuò)散等物理-化學(xué)效應(yīng)的表面。（表面的化學(xué)組成與體內(nèi)相同，但結(jié)構(gòu)可以不同于體內(nèi)）5. 馳豫表面：指表面層之間以及表面和體內(nèi)原子層之間的垂直間距ds和體內(nèi)原子層間距d0相

2、比有所膨脹和壓縮的現(xiàn)象。6. 馳豫：表面區(qū)原子（或離子）間的距離偏離體內(nèi)的晶格常數(shù)，而晶胞結(jié)構(gòu)基本不變，這種情況稱為弛豫。7. 重構(gòu)表面：指表面原子層在水平方向上的周期性不同于體內(nèi)，但在垂直方向上的層間間距d0與體內(nèi)相同。8. 臺(tái)階表面：表面不是平面，由規(guī)則或不規(guī)則臺(tái)階組成。9. 表面偏析：雜質(zhì)由體內(nèi)偏析到表面，使多組分材料體系的表面組成與體內(nèi)不同。10. 吸附表面：在清潔表面上有來(lái)自體內(nèi)擴(kuò)散到表面的雜質(zhì)和來(lái)自表面周圍空間吸附在表面上的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的表面。11. 平移界面：在結(jié)構(gòu)相同的晶體中，一部分相對(duì)于另一部分平滑移動(dòng)一個(gè)位移矢量。其間的界面稱為平移界面。12. 反演界面：當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)由中心對(duì)稱

3、向非中心對(duì)稱轉(zhuǎn)變時(shí)，由反演操作聯(lián)系起來(lái)的兩個(gè)疇之間形成反演界面IB。13. 表面能:可以理解為系統(tǒng)增加單位面積時(shí)所需做的可逆功，單位是J/m2。14. 表面張力:是單位長(zhǎng)度上的作用力，單位是N/m。15. 晶界：同質(zhì)材料形成的固體/固體界面為晶界。16. 相界：異質(zhì)材料形成的固體/固體界面為相界。二、 簡(jiǎn)答、簡(jiǎn)述1、 表界面通?？梢苑譃槟?類？固氣；液氣；固液；液液；固固。2、 獲得理想表面的理論前提？（1）、不考慮晶體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)在晶體表面中斷的影響；（2）、不考慮表面原子的熱運(yùn)動(dòng)、熱擴(kuò)散、熱缺陷等；（3）、不考慮外界對(duì)表面的物理-化學(xué)作用等；（4）、認(rèn)為體內(nèi)原子的位置與結(jié)構(gòu)是無(wú)限周期性的

4、，則表面原子的位置與結(jié)構(gòu)是半無(wú)限的，與體內(nèi)完全一樣。3、怎樣獲得清潔表面？/獲得清潔表面的幾種方法？ 在獲得超高真空的同時(shí)獲得清潔的表面。 用簡(jiǎn)單的加熱方法去除表面的沾污。 在化學(xué)氣氛中加熱去除那些通過(guò)簡(jiǎn)單加熱不能清除的化學(xué)吸附沾污。 對(duì)于較頑固的沾污，可以利用惰性氣體離子（如Ar+、Ne+）轟擊表面而有效地清除污染。 對(duì)于一些晶體，可以采用沿特定的晶面自然解理而得到清潔表面。 在適當(dāng)?shù)幕贤ㄟ^(guò)真空蒸發(fā)法獲得預(yù)想的單晶和多晶薄膜，作為研究對(duì)象的清潔表面。 4、什么是吸附表面以及用圖文說(shuō)明吸附表面的四種吸附吸附表面即在清潔表面上有來(lái)自體內(nèi)擴(kuò)散到表面的雜質(zhì)和來(lái)自表面周圍空間吸附在表面上的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)

5、成的表面。根據(jù)表面的四種吸附位置可以分為頂吸附、橋吸附、填充吸附和中心吸附四種吸附方式。上為俯視圖，下為剖視圖，頂吸附橋吸附填充吸附中心吸附5、固體界面類型從晶體學(xué)角度，可以分為平移界面、孿晶界面和反演界面；從實(shí)用角度可分為氣固界面、半導(dǎo)體界面、薄膜界面和超晶格界面。平移界面：在結(jié)構(gòu)相同的晶體中，一部分相對(duì)于另一部分平滑移動(dòng)一個(gè)位移矢量。其間的界面稱為平移界面。包括堆垛層錯(cuò)、反相疇界和結(jié)晶切變面等面缺陷。 A.P.B 平移矢量為點(diǎn)陣矢量，為反相界面；SF平移矢量不等于點(diǎn)陣矢量，為層錯(cuò)。孿晶界面：其隔開的兩部分晶體間以特定的取向關(guān)系相交接, 從而構(gòu)成新的附加對(duì)稱元素，如反映面、旋轉(zhuǎn)軸或?qū)ΨQ中心。

6、反演界面：當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)由中心對(duì)稱向非中心對(duì)稱轉(zhuǎn)變時(shí)，由反演操作聯(lián)系起來(lái)的兩個(gè)疇之間形成反演界面IB。6、固體表面的基本特性理想的晶體由原胞組成，并具有三維周期性。但實(shí)際物質(zhì)不是無(wú)限的，在晶體中原子或分子的周期性排列發(fā)生大面積突然終止的地方就出現(xiàn)了界面，如固體液體、固體氣體及固體固體的界面，常把固體氣體（或真空）、固體液體的界面稱為固體的表面。 表面是一個(gè)抽象的概念，實(shí)際常把無(wú)厚度的抽象表面叫數(shù)學(xué)表面，把厚度在幾個(gè)原子層內(nèi)的表面叫作物理表面，而把我們常說(shuō)實(shí)際的固體表面叫工程表面。 7、金屬表面（工程表面）實(shí)際構(gòu)成示意圖對(duì)于給定條件下的表面，其實(shí)際組成及各層的厚度與表面制備過(guò)程、環(huán)境以及材料本身的性

7、質(zhì)有關(guān)。8、表面成分（1）、金屬表面成分一般特征：“金屬/過(guò)渡層/空氣”，過(guò)渡層中常由氧化物、氮化物、硫化物、塵埃、油脂、吸附氣體（氧、氮、二氧化碳和水汽等）所組成，其中以氧化物最為常見；（2）、合金表面成分一般特征：“金屬/過(guò)渡層/空氣”，其過(guò)渡層中出現(xiàn)的情況更為復(fù)雜。過(guò)渡層常見氧化物，但可能出現(xiàn)硫化物和碳化物等。（3）、氧化物表面成分一般特征：空氣/非化學(xué)計(jì)量層/氧化物。非化學(xué)計(jì)量層形成：表面缺陷形成比較容易，如氧空位。（4）、玻璃表面成分玻璃表面：空氣/表面組成/設(shè)計(jì)組成。表面組成：表面能小的氧化物易在玻璃表面富集，如PbO，B2O3氧化物。9、典型表面結(jié)構(gòu)圖變形層又稱應(yīng)變層或加工硬化層

8、，它是材料表面區(qū)域的重要組成部分。摩擦過(guò)程也會(huì)形成變形層。貝氏層是加工過(guò)程中表面分子產(chǎn)生溶解和表面產(chǎn)生流動(dòng)之后淬火硬化而沉積的表層，它屬于非晶或微晶結(jié)構(gòu)。表面吸附是實(shí)際固體重要的表面現(xiàn)象，它的存在可以顯著降低表面的系統(tǒng)能量。10、表面結(jié)構(gòu)的表示方法當(dāng)晶體解理時(shí)，由于各種因素的影響，很難得到完整的平面結(jié)構(gòu)，如果畸形程度小，可以近似地認(rèn)為是平面。還常常出現(xiàn)一種比較有規(guī)律的非完全平面結(jié)構(gòu)，稱之為臺(tái)階結(jié)構(gòu)。對(duì)于平面結(jié)構(gòu)和臺(tái)階結(jié)構(gòu)，分別用不同的方法表述。根據(jù)表面原子的排列，清潔表面又可分為臺(tái)階表面、弛豫表面、重構(gòu)表面等。（1） 臺(tái)階表面不是一個(gè)平面，它是由有規(guī)則的或不規(guī)則的臺(tái)階的表面所組成。由于晶體內(nèi)部

9、缺陷的存在等因素，使晶體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)分布不均勻，加上在解理晶體對(duì)外力情況環(huán)境的影響，晶體的解理面常常不能嚴(yán)格地沿所要求的晶面解理，而是伴隨著相鄰的傾斜晶面的開裂，形成層狀的解理表面。它們由一些較大的平坦區(qū)域和一些高度不同的臺(tái)階構(gòu)成，稱為臺(tái)面臺(tái)階拐結(jié)（TerraceLedgeKink）結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱臺(tái)階結(jié)構(gòu)或TLK結(jié)構(gòu).（2） 平坦表面包括弛豫表面和重構(gòu)表面。平坦表面表述方法，一般采用Wood（1963）方法。這種方法主要是以理想的二維點(diǎn)陣為基，描述發(fā)生點(diǎn)陣畸變的清潔表面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)?；兒蟮谋砻嫱ǔ７Q為再構(gòu)表面，再構(gòu)是由原子的重排和弛豫所致。11、表面原子馳豫表面原子由于在某一方向失去相鄰原子，可導(dǎo)致偏

10、離平衡位置的弛豫。弛豫可以發(fā)生在表面以下幾個(gè)原子層的范圍內(nèi)。表面第一層原子的弛豫主要表現(xiàn)為縱向弛豫。一般說(shuō)來(lái)，某一原子在某一方向的弛豫，必然引起其它原子以及鄰層原子的弛豫。在很多半導(dǎo)體材料以及金屬材料、離子晶體等材料中均可觀察到表面原子弛豫的存在。表面原子的弛豫，不僅造成了晶體宏觀上的膨脹與壓縮，而且導(dǎo)致了表面二維點(diǎn)陣的變化，成為再構(gòu)表面。原子的弛豫，大致可以分為以下幾種類型，即：壓縮效應(yīng)、馳張效應(yīng)、起伏效應(yīng)及雙電層效應(yīng)。（1）壓縮效應(yīng)表面原子失去空間方向的相鄰原子后，體內(nèi)原子對(duì)表面原子的作用，產(chǎn)生了一個(gè)指向體內(nèi)的合力，導(dǎo)致表面原子向體內(nèi)的縱向弛豫。（2）弛張效應(yīng)在少數(shù)晶體的某些表面發(fā)生原子向

11、體外移動(dòng)的縱向弛豫，造成了晶體的膨脹。這種情況多由于內(nèi)層原子對(duì)表層原子的外推作用，有時(shí)也由于表面的松散結(jié)構(gòu)所致。即表面層內(nèi)各原子間的距離普遍增大，并且可波及表面內(nèi)幾個(gè)原子層，造成晶體總體在某一方向的膨脹。一般的弛張效應(yīng)多出現(xiàn)在金屬晶體及其化合物表面。 （3）起伏效應(yīng)對(duì)于半導(dǎo)體材料如Ge、Si等具有金剛石結(jié)構(gòu)的晶體，可以在（111）表面上觀察到，有的原子向體外方向弛豫，有的原子向體內(nèi)弛豫；而且這兩種方向相反的縱向弛豫是有規(guī)律地間隔出現(xiàn)的。即有起有伏，稱之為起伏效應(yīng)。（4）雙電層效應(yīng)對(duì)于多原子晶體，弛豫情況將更加復(fù)雜。在離子晶體中，表層離子失去外層離子后，破壞了靜電平衡，由于極化作用，造成了雙電層

12、效應(yīng)。在LiF及NaCl晶體表面均明顯地出現(xiàn)雙電層結(jié)構(gòu)。12、用于表面分析的探針，應(yīng)滿足哪些條件？（1）與表面層物質(zhì)有較強(qiáng)的相互作用。（由于表面層極薄，如果表面探針與表面互作用弱，就難以用較大的信噪比把表面的特有信息攜帶出來(lái)。）（2）探針基本不穿透表面。（一旦探針粒子進(jìn)入體內(nèi)，必然把體內(nèi)信息同時(shí)引出。）在探針未獲得信息前不得破壞表面原子結(jié)構(gòu)。（3）靈敏度、分辨率高。（一般分辨尺寸應(yīng)小于或遠(yuǎn)小于原子間距。原子間距大約在13Å左右，故采用微觀粒子束，如電子、短波光子、輕離子等做表面探針材料可以達(dá)到要求。）13、表面探針與表面的相互作用14、常見的表面分析方法（給出英文全稱以及中文含義，說(shuō)

13、明什么方法什么原理）AES （Auger Electron Spectroscopy) 俄歇電子譜LEED (Low Energy Electron Diffraction) 低能電子衍射RHEED (Reflection High Energy Electron Diffraction) 反射高能電子衍射EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy) 電子能量損失譜HREELS (High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy) 高分辨電子能量損失譜FIM (Field Ion Microscopy) 場(chǎng)原

14、子顯微鏡FEM (Field Emission Microscopy) 場(chǎng)發(fā)射顯微鏡PEEM (Photo Emission Electron Microscopy) 光電發(fā)射電子顯微鏡XRD（X-Ray Diffraction) X射線衍射譜UPS (Ultraviolet Photoemission Spectroscopy) 紫外線電子譜XPS (X-ray Photoemission Spectroscopy) X射線光電子譜SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) 表面增強(qiáng)拉曼電子譜IRAS (Infrared Absorption Spe

15、ctroscopy) 紅外吸收光譜ISS （Ion Scattering Spectroscopy) 離子散射譜SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) 二次離子質(zhì)譜HSS (Helium Scattering Spectroscopy) 高能散射電子譜TPD (Temperature-Programmed Desorption) 程序升溫脫附法TPR (Temperature-programmed Reduction 程序升溫還原法STM (Scanning Tunneling Microscopy) 掃描隧道顯微鏡法Work Function Measu

16、rements AFM (Atomic Force Microscopy) 原子力顯微鏡法15、二次電子與俄歇電子的含義入射電子和原子的價(jià)電子發(fā)生非彈性碰撞，使價(jià)電子獲得入射電子損失的能量，而脫離原子核的束縛逃逸到真空中，所產(chǎn)生的為二次電子。當(dāng)35 keV的入射電子轟擊元素的原子時(shí)，原子內(nèi)層電子被激發(fā)到外層，并在此能級(jí)上留下一個(gè)空位。使原子由原來(lái)能量較低的穩(wěn)態(tài)而變成其它較高能量的非穩(wěn)定態(tài)激發(fā)態(tài)。能量較高能級(jí)上的電子可能通過(guò)非輻射復(fù)合而落到這個(gè)空位，使能量降低。在退激過(guò)程中，多余的能量可把另一能級(jí)上的電子激發(fā)到真空能級(jí)之外。這種激發(fā)出來(lái)的電子，被稱為俄歇電子。16、俄歇躍遷（文字+圖+描述）外來(lái)

17、的激發(fā)源與原子發(fā)生相互作用，把內(nèi)層軌道（X軌道）上的一個(gè)電子激發(fā)出去，形成一個(gè)空穴。次外層（Y軌道）的一個(gè)電子填充到內(nèi)層空穴上，產(chǎn)生一個(gè)能量釋放， 促使外層（W軌道）的電子激發(fā)發(fā)射出來(lái)而變成自由的俄歇電子。這個(gè)過(guò)程稱為俄歇躍遷。俄歇電子激發(fā)源出射電子填充電子XYW17、AES特點(diǎn)表面性（12nm）；AES具有很高的表面靈敏度，其檢測(cè)極限約為10-3原子單層 ；可以同時(shí)分析除 氫、氦 以外的所有元素；半定量分析 表面成份；化學(xué)價(jià)態(tài)分析；微區(qū)分析；界面分析；18、AES樣品制備（1）俄歇電子能譜儀對(duì)分析樣品有特定的要求，在通常情況下只能分析固體導(dǎo)電樣品。經(jīng)過(guò)特殊處理，絕緣體固體也可以進(jìn)行分析。（2

18、）粉體樣品原則上不能進(jìn)行俄歇電子能譜分析，但經(jīng)特殊制樣處理也可以進(jìn)行一定的分析。（3）由于涉及到樣品在真空中的傳遞和放置，待分析的樣品一般都需要經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理；主要包括樣品大小，揮發(fā)性樣品的處理，表面污染樣品及帶有微弱磁性樣品等的處理。19、AES采樣深度（1）俄歇電子能譜的采樣深度與出射的俄歇電子的能量及材料的性質(zhì)有關(guān)。（2）一般定義俄歇電子能譜的采樣深度為俄歇電子平均自由程的3倍。（3）根據(jù)俄歇電子的平均自由程的數(shù)據(jù)可以估計(jì)出各種材料的采樣深度。一般對(duì)于金屬為0.5 2 nm，對(duì)于無(wú)機(jī)物為1 3 nm，對(duì)于有機(jī)物為1 3 nm。從總體上來(lái)看，俄歇電子能譜的采樣深度比XPS的要淺，更具有表

19、面靈敏性。20、關(guān)于俄歇電子能譜分析（1）表面元素定性鑒定金剛石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析譜如圖中的C KLL表示碳原子的K層軌道的一個(gè)電子被激發(fā)，在退激發(fā)過(guò)程中，L層軌道的一個(gè)電子填充到K軌道，同時(shí)激發(fā)出L層上的另一個(gè)電子。這個(gè)電子就是被標(biāo)記為C KLL的俄歇電子。由于俄歇躍遷過(guò)程涉及到多個(gè)能級(jí)，可以同時(shí)激發(fā)出多種俄歇電子，因此在AES譜圖上可以發(fā)現(xiàn) Ti LMM 俄歇躍遷有兩個(gè)峰。（2）表面元素半定量分析 在SiO2/Si界面不同深度處的Si L V V 俄歇譜從圖上可見，Si L V V 俄歇譜的動(dòng)能與Si原子所處的化學(xué)環(huán)境有關(guān)。在SiO2中，Si L V V 俄歇譜的動(dòng)能為72.5

20、eV，而在單質(zhì)硅中，其Si L V V 俄歇譜的動(dòng)能則為88.5 eV。我們可以根據(jù)硅元素的這化學(xué)位移效應(yīng)研究SiO2/Si的界面化學(xué)狀態(tài)。由圖可見，隨著界面的深入，SiO2的量不斷減少，單質(zhì)硅的量則不斷地增加。（3）元素深度分析 PZT/Si薄膜界面反應(yīng)后的俄歇深度分析譜上圖是PZT/Si薄膜界面反應(yīng)后的典型的俄歇深度分析圖。橫坐標(biāo)為濺射時(shí)間，與濺射深度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。縱坐標(biāo)為元素的原子百分比。從圖上可以清晰地看到各元素在薄膜中的分布情況。在經(jīng)過(guò)界面反應(yīng)后，在PZT薄膜與硅基底間形成了穩(wěn)定的SiO2界面層。這界面層是通過(guò)從樣品表面擴(kuò)散進(jìn)的氧與從基底上擴(kuò)散出的硅反應(yīng)而形成的。 （4）選點(diǎn)分析利用俄

21、歇電子能譜可以在很微小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選點(diǎn)分析，當(dāng)然也可以在一個(gè)大面積的宏觀空間范圍內(nèi)進(jìn)行選點(diǎn)分析。上圖中，在、處選點(diǎn)，進(jìn)行選點(diǎn)分析。結(jié)果可從圖中得出，在、處均含有Si 和Ti兩種元素，其位置分布在圖中可以得到。（5）線掃描分析Ag-Au合金超薄膜在Si(111)面單晶硅上的電遷移后的樣品表面的Ag和Au元素的線掃描分布見上圖。橫坐標(biāo)為線掃描寬度，縱坐標(biāo)為元素的信號(hào)強(qiáng)度。從圖上可見，雖然Ag和Au元素的分布結(jié)構(gòu)大致相同，但可見Au已向左端進(jìn)行了較大規(guī)模的擴(kuò)散。這表明Ag和Au在電場(chǎng)作用下的擴(kuò)散過(guò)程是不一樣的。此外，其擴(kuò)散是單向性，取決于電場(chǎng)的方向。（6）元素面分布右上角為Cu，下圖為Fe21、XP

22、S的特點(diǎn)（1）可以分析除H和He以外的所有元素；（2）相鄰元素的同種能級(jí)的譜線相隔較遠(yuǎn)，相互干擾較少，元素定性的標(biāo)識(shí)性強(qiáng)；（3）能夠觀測(cè)化學(xué)位移，化學(xué)位移同原子氧化態(tài)、原子電荷和官能團(tuán)有關(guān)?；瘜W(xué)位移信息是利用XPS進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)分析和化學(xué)鍵研究的基礎(chǔ)；（4）可作定量分析，即可測(cè)定元素的相對(duì)濃度，又可測(cè)定相同元素的不同氧化態(tài)的相對(duì)濃度；（5）是一種高靈敏超微量表面分析技術(shù)，樣品分析的深度約為20Å，信號(hào)來(lái)自表面幾個(gè)原子層，樣品量可少至10-8g，絕對(duì)靈敏度高達(dá)10-18g。22、SIMS取樣深度（1）SIMS的取樣深度是一個(gè)很重要的參數(shù)，可是要從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行測(cè)量卻特別困難，（2）在一般的工

23、作條件下(即相對(duì)表面的出射角度>45°），SIMS的取樣深度要大大低于XPS。 （3）SIMS的采樣深度應(yīng)該是1nm數(shù)量級(jí)。 23、計(jì)算材料學(xué)從哪3個(gè)尺寸范疇考慮界面性質(zhì)計(jì)算材料科學(xué)從三個(gè)不同的尺寸范疇考慮界面性質(zhì)：基于第一性原理，從原子尺度考慮幾十、幾百個(gè)分子的多體交互作用；利用分子動(dòng)力學(xué)和蒙特卡洛方法，從納米尺度考慮幾千至幾百萬(wàn)個(gè)分子的多體交互作用；利用有限元方法，從宏觀尺度考慮塊體材料的工程學(xué)問(wèn)題。許多處理晶體電子態(tài)的理論方法和量子化學(xué)中的一些方法已被用來(lái)處理表面、界面問(wèn)題。常用求解表面、界面電子能態(tài)的方法有贗勢(shì)法(PP）、緊束縛法(TB）、定域密度泛函法(LDF）、準(zhǔn)粒

24、子能帶結(jié)構(gòu)法和推廣的Huckel方法(EHT），各種計(jì)算方法也在不斷發(fā)展之中。 24、界面分類依據(jù)形成途徑分類：（1）機(jī)械作用界面：受機(jī)械作用而形成的界面稱為機(jī)械作用界面。常見的機(jī)械作用包括切削、研磨、拋光、噴砂、變形、磨損等。（2）化學(xué)作用界面：由于表面反應(yīng)、粘結(jié)、氧化、腐蝕等化學(xué)作用而形成的界面稱為化學(xué)作用表面。（3）固體結(jié)合界面：由兩個(gè)固體相直接接觸，通過(guò)真空、加熱、加壓、界面擴(kuò)散和反應(yīng)等途徑所形成的界面稱為固體結(jié)合界面。（4）液相或氣相沉積界面：物質(zhì)以原子尺寸形態(tài)從液相或氣相析出而在固態(tài)表面形成的膜層或塊體稱為液相或氣相沉積界面。（5）凝固共生界面：兩個(gè)固相同時(shí)從液相中凝固析出，并且共

25、同生長(zhǎng)所形成的界面稱為凝固共生界面。（6）粉末冶金界面：通過(guò)熱壓、熱鍛、熱等靜壓、燒結(jié)、熱噴涂等粉末工藝，將粉末材料轉(zhuǎn)變?yōu)閴K體所形成的界面稱為粉末冶金界面。（7）粘結(jié)界面：由無(wú)機(jī)或有機(jī)粘結(jié)劑使兩個(gè)固相結(jié)合而形成的界面稱為粘結(jié)界面。（8）熔焊界面：在固體表面造成熔體相，然后兩者在凝固過(guò)程中形成冶金結(jié)合的界面稱為熔焊界面。依據(jù)結(jié)晶學(xué)分類：（1）平移界面：在結(jié)構(gòu)相同的晶體中，一部分相對(duì)于另一部分平滑移動(dòng)一個(gè)位移矢量。其間的界面稱為平移界面。（2）孿晶界面：其隔開的兩部分晶體間以特定的取向關(guān)系相交接, 從而構(gòu)成新的附加對(duì)稱元素，如反映面、旋轉(zhuǎn)軸或?qū)ΨQ中心。（3）混合界面：前兩者的混合。（4）反演界面：

26、當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)由中心對(duì)稱向非中心對(duì)稱轉(zhuǎn)變時(shí)，由反演操作聯(lián)系起來(lái)的兩個(gè)疇之間形成反演界面 IB。25、相界的分類（圖文說(shuō)明）根據(jù)界面上的原子排列結(jié)構(gòu)不同，可把固體中的相界分為共格的、半共格的以及非共格的三類。 (1) 共格界面當(dāng)兩相在某種晶面上具有相同的原子分布方式及相近的原子間距時(shí)，兩相的晶格在界面上能夠相互銜接，一一對(duì)應(yīng)，以致晶界兩側(cè)的點(diǎn)陣越過(guò)界面是連續(xù)的，這種界面稱為共格界面，如圖所示。 共格界面(每個(gè)晶體的化學(xué)成分不同，但晶體結(jié)構(gòu)相同)(2) 半共格界面當(dāng)相鄰兩相的結(jié)構(gòu)相差較大時(shí)，相界面不能再維持完全共格，而出現(xiàn)了一系列非共格的部分，這種情況通常是在界面上形成一系列的刃型位錯(cuò)線，以此來(lái)補(bǔ)償界

27、面上原子間的不匹配，并使界面上的畸變和彈性應(yīng)變能降至最低。從能量角度而言，以半共格界面代替共格界面更為有利，如圖所示。半共格界面(平行于界面的錯(cuò)配有一系列刃型位錯(cuò))(3) 非共格界面當(dāng)兩個(gè)鄰接的相在界面上的原子排列結(jié)構(gòu)差異很大時(shí)，界面兩側(cè)就不可能有很好的匹配。若兩相原子排列差異很大或是即使它們的排列相似但原子間距差異超過(guò)25%，這兩種情況都產(chǎn)生所說(shuō)的非共格界面。一般說(shuō)來(lái)，兩個(gè)任意取向的晶體沿任意面接合就獲得非共格界面，如圖所示。非共格界面(平行于界面的匹配很差)26、晶界分類(1) 按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來(lái)分： 小角度晶界： 0°310° 中角度晶界： 3°10

28、15° 大角度晶界： 15° (2) 根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來(lái)分：共格晶界: 兩種相的原子在界面處完全匹配，形成完整格界面。半共格晶界：晶面間距相差較大，在界面上將產(chǎn)生一些位錯(cuò)，以降低界面的彈性應(yīng)變能，這時(shí)界面上兩相原子部分地保持匹配 。 非共格晶界: 界面上兩相原子無(wú)任何匹配關(guān)系。 27、晶界對(duì)材料性能的影響（晶界的作用）（1）降低材料機(jī)械強(qiáng)度（2）晶界能夠富集雜質(zhì)原子（3）晶界原子能量較高可以成為高溫傳質(zhì)過(guò)程的快速通道。28、潤(rùn)濕與吸附潤(rùn)濕：是固液界面上的重要行為,液體在與固體接觸時(shí)，沿固體表面擴(kuò)展的現(xiàn)象。固液接觸后，體系吉布斯自由焓降低時(shí)就稱為潤(rùn)濕。潤(rùn)濕分類按潤(rùn)

29、濕程度分類：附著潤(rùn)濕：液氣界面(L-g)+固氣界面(S-g)固液界面(S-L)浸漬潤(rùn)濕：固體浸入液體中的過(guò)程鋪展?jié)櫇瘢褐靡灰旱斡谝还腆w表面。恒溫恒壓下，若此液滴在固體表面上自動(dòng)展開形成液膜，則稱此過(guò)程為鋪展?jié)櫇瘛?9、在什么情況下調(diào)整表面粗糙度可以改變潤(rùn)濕效果（為接觸角） （1）90°時(shí)，即在潤(rùn)濕的前提下，表面粗糙化后變小，更易為液體所潤(rùn)濕。（2）90°時(shí)， ，即在不潤(rùn)濕的前提下，表面粗糙化后變大，更不易為液體所潤(rùn)濕。 大多數(shù)有機(jī)液體在拋光的金屬表面上的接觸角小于90°，因而在粗糙金屬表面上的表觀接觸角更小。30、浮游選礦（重點(diǎn)）浮游選礦原理示意圖當(dāng)?shù)V砂表面有5%

30、被捕集劑覆蓋時(shí)，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會(huì)附在氣泡上一起升到液面，便于收集。選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。31、要想達(dá)到良好的粘附表面化學(xué)條件應(yīng)該是？ （1）被粘附體的臨界表面張力C要大或使?jié)櫇駨埩增加，以保證良好潤(rùn)濕。 （2）粘附功要大，以保證牢固粘附。 （3）粘附面的界面張力SL要小，以保證粘附界面的熱力學(xué)穩(wěn)定。 （4）粘附劑與被粘附體間相溶性要好，以保證粘附界面的良好鍵合和保持強(qiáng)度。為此潤(rùn)濕熱要低。 上述條件是在P=0，（SV-SL）=LV的平衡狀態(tài)時(shí)求得的。 32、復(fù)合體系的界面結(jié)合特性界面相是復(fù)合材料的一個(gè)組成部分，其作用可以歸納一下幾個(gè)方面。傳遞作

31、用：界面能傳遞力，即將外力傳遞給增強(qiáng)物，起到基體和增強(qiáng)體之間的橋梁作用阻斷作用：結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中的作用保護(hù)作用：界面相可以保護(hù)增強(qiáng)體免受環(huán)境的侵蝕，防止基體與增強(qiáng)體之間的化學(xué)反應(yīng)，起到保護(hù)增強(qiáng)體的作用。33、接合的概念和制備方法（若為簡(jiǎn)答，則簡(jiǎn)單列出即可，若為簡(jiǎn)述，則應(yīng)略加描述）所謂接合，是指為得到具有指定（特定）特性的坯料而使用的一種材料復(fù)合手段。常見制作方法：（1）機(jī)械嵌合：ZrO2與鋼的組合是最常用的構(gòu)件之一，這種接合方式是典型的機(jī)械嵌合方式。將鋼管加熱升溫后再與ZrO2管插接。鋼管的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于ZrO2管，冷卻后套在外側(cè)的鋼管收縮，對(duì)內(nèi)側(cè)的Z

32、rO2管施加預(yù)應(yīng)力（壓力）。（2）固相擴(kuò)散接合：在高溫下對(duì)接合體加壓，使兩者之間發(fā)生元素間的擴(kuò)散并緊密地接合在一起。固相擴(kuò)散接合的主要目的是通過(guò)加壓的方式，將金屬表面上生成的氧化物破碎，使新的金屬層暴露出來(lái)，更好地促進(jìn)擴(kuò)散或反應(yīng)的進(jìn)行。（3）壓接：與固相擴(kuò)散接合方式相比，壓接時(shí)可以采用的壓力范圍很大。例如，從熱壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)的設(shè)備壓力到熱等靜壓方式的壓力都屬于壓接的適用壓力范圍。（4）摩擦焊：接合體在加壓狀態(tài)下進(jìn)行高速的相對(duì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱，使界面部分熔化，從而實(shí)現(xiàn)接合的工藝方法叫做摩擦焊。在摩擦焊接過(guò)程中，金屬表面的氧化層被破壞，擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)在非常有利的條件下進(jìn)行，同時(shí)界面處發(fā)生機(jī)械嵌合現(xiàn)象，進(jìn)

33、一步提高了接合強(qiáng)度。（5）反應(yīng)接合方式：1）、氣體-金屬共晶反應(yīng)接合：某種金屬與硫黃、氧或磷發(fā)生共晶反應(yīng)之后，可以在界面上生成比金屬自身熔點(diǎn)低1020的低熔點(diǎn)共晶體，從而促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程。這種工藝方法就是氣體-金屬共晶反應(yīng)的方法。 2）、固體相互反應(yīng)工藝：3）、活度金屬法：利用活性度較為理想的高熔點(diǎn)金屬，使之促進(jìn)與陶瓷之間的界面反應(yīng)的方法，就是活度金屬法。（6）電壓接合法：其工藝過(guò)程為在兩塊金屬薄板（如鋁箔等）之間插入玻璃（如CaO-Na2O） 等，在金屬一側(cè)加300V電壓并置于電爐內(nèi)或電熱板上。在200、30s條件下，陽(yáng)極的金屬就會(huì)與玻璃接合在一起，但陰極金屬卻不能與玻璃板接合。電流使Na離子從

34、陰極析出。Na+ 與水蒸氣接合，生成NaOH與H2，對(duì)玻璃產(chǎn)生腐蝕作用，變?yōu)镹a2O-SiO2系玻璃和水。產(chǎn)生的水分與Al發(fā)生反應(yīng)，生成Al(OH)3，在300左右時(shí)分解并形成穩(wěn)定的Al2O3，所以能保證僅在有水分存在的數(shù)小時(shí)內(nèi)有電流通過(guò)。 （7）微波加熱接合（陶瓷-陶瓷接合體）：在Al2O3材料之間加入玻璃-陶瓷形式的復(fù)層，將玻璃夾在中間，使用2.45GHz、700W 微波進(jìn)行接合試驗(yàn)。（8）熔化焊接：陶瓷與陶瓷接合時(shí)，若兩相材料組成相同，可以用成分相同的熔融體作輔助接合相材料，對(duì)兩相成分各不相同的陶瓷，輔助接合相材料的成分必須同時(shí)滿足兩相材料共存的要求。（9）超高真空壓焊：為徹底排除表面污

35、染的影響，將材料的清潔斷口直接放入保護(hù)氣氛中進(jìn)行接合試驗(yàn)。（10）超聲波接合：在1.5×10-7Pa真空度、1050Pa壓力的條件下，用1.2kW超聲波發(fā)生器對(duì)試件進(jìn)行30m振幅的超聲波振動(dòng)，Al與AlN、Si3N4在大氣環(huán)境中就存在接合可能性；在同樣的情況下使用Ti金屬時(shí)，為了防止表面的氧化，必須在真空度很高的條件下接合。 （11）離子注入法：將離子束注入界面或基板中（12）金屬化：最初是通過(guò)在Mo涂料中加入Mo及MnO2而實(shí)現(xiàn)，之后就不再添加錳。隨著電子儀器行業(yè)的發(fā)展，用Al2O3代替硬脂酸鹽，結(jié)果出現(xiàn)了很多新問(wèn)題。（13）共晶接合法；作為金屬-陶瓷系的直接接合法，共晶接合法具有

36、如下特點(diǎn)：在金屬與流動(dòng)的氣體中形成共晶；共晶中的氣體成分是少量的，且接合后容易被除去；共晶溫度按接合時(shí)的工作溫度來(lái)考慮，比金屬的熔點(diǎn)低10左右；要滿足在接合溫度下金屬具有足夠的塑性，其變形能力應(yīng)滿足與基板形狀完全吻合的要求。 34、復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。復(fù)合材料界面示意圖1、外力場(chǎng)2、基體3、基體表面區(qū)4、相互滲透區(qū) 5、增強(qiáng)劑表面區(qū) 6、增強(qiáng)劑 35、復(fù)合材料界面效應(yīng)(1)傳遞效應(yīng)： 界面能傳遞力，即將外力傳遞給增強(qiáng)物，起到基體和增強(qiáng)物之間的橋梁作用。(2)阻斷效應(yīng)： 結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中的作用。(3)不連續(xù)效應(yīng)： 在界面上