固體表面與界面行為

1、固體表面與界面行為二、晶體外表構(gòu)造 外表不同于內(nèi)部構(gòu)造可以外表微觀質(zhì)點的排列狀況和外表狀態(tài)方面 外表力存在使固體是較高能量狀態(tài)但系統(tǒng)通過各種途徑降低過剩ml量，導(dǎo)致外表構(gòu)造極化變表和原來晶格的畸變。 固體，形式極化變形降低外表能如圖P55三、粉體外表構(gòu)造粉體：微細的固體微料集合體大小此外表積材料工藝中，原料加工成微細顆粒以利于成型和燒結(jié)。粉體制備：反復(fù)粉碎形成一系列新外表金離子極化變形重排畸變有序性降低，隨粒子的微細化從外表增大，無序性增大并向縱深開展，不影響內(nèi)部構(gòu)造外表層的無定形構(gòu)造和粒度極小的微晶構(gòu)造的玻璃外表構(gòu)造。 玻璃外表力場同晶體類似，玻璃內(nèi)能 晶體內(nèi)能外表力場作用更為明顯。 玻璃外

2、表化學(xué)成分構(gòu)造中內(nèi)部質(zhì)點的性質(zhì)，外表相對率，化學(xué)穩(wěn)定性，結(jié)晶傾向和強度不同。 外表構(gòu)造性質(zhì)取決于材料的離子Pb2+、Sn2+ 、Sb2+、Ca2+、Zn2+等離子極化性質(zhì)的差并進入外表層的離子對其影響不同。四、固體外表的構(gòu)造固體實際外表為不平坦的1具有不同厚度的解方2局部具有一系列的斷口3數(shù)目不多的原子吸附和晶體及解方外表上，外表粗糙度和裂紋。 實際外表由于吸附出現(xiàn)不同的變化外表裱一層吸附膜所復(fù)道。如玻璃外表K+取代Na+產(chǎn)生壓應(yīng)力提高其機械強度，工業(yè)玻璃參加Na2O、CaO、X2O等其中外表構(gòu)造系為K+取代Na+從面外表產(chǎn)生一層壓應(yīng)力，提高其機械強度。6-2 外表能及外表張力 1外表能 每形

3、成一個新外表環(huán)境，對系統(tǒng)做功外表離子比內(nèi)部離子能量高。2外表張力 沿外表作用在單位長度上的力N/m3液體外表能與外表張力數(shù)值相等單位一樣即液體不能承受剪切應(yīng)力無塑性變形，但固體能承受剪切應(yīng)力外力作用表現(xiàn)的外表積增加引有部長變成塑性形變，因而固體外表能及外表張力不相等。 固體外表張力，通過向外表增加附加原子，從適應(yīng)新外表時所作可遞功。 4液體外表張力 依外表能定義，T、P及組分不變時每增加一個單位機關(guān)報外表所需做功，那么V為外表能。液體外表張力=液體外表能 其中，外表張力為作用在單位和長度縮小面積作用于固體或液體邊界限垂直于邊界限方向指外表內(nèi)部或作用于固體液外表上任一條直線垂直于該線方向指向液面

4、外表方向指向線單側(cè)的拉力，如是向那么方向通過作用點與外表相切這種力使液體縮小外表積呈球形。 1、固體自由能固體外表能指過剩界面自由能用0表示，以每單位面積計算的過剩界面層身由能2、晶體外表能的理論計算固體外表能與晶格能的關(guān)系設(shè):(v)sv:一個原子外表及內(nèi)部兩種狀態(tài)內(nèi)能差Vib,Vis：第個原子在內(nèi)部和外表上時與最鄰近原子的作用能。ib,is ：第原子在內(nèi)部和外表時最鄰近原子的數(shù)目。體積自由能過剩界面層自由能那么：期中結(jié)論：1V0與晶格能U0成正比2 V理論 V實際原因：真實外表有極比松弛，重排造成ib配位數(shù)降低即也降低所以由公式實際V0也降低。沒有考慮外表臺階，實驗外表積故V實際降低3、固體

5、外表能與環(huán)境關(guān)系 T外表能V0介質(zhì)不同，外表能數(shù)值不同4、固體外表張力 外表張力外表能且前者大于后者，外表張力即可遞分為外表能及塑性變性兩局部。 1、吸附物質(zhì)外表具有不飽和價鍵，能吸引其它原子或離子，本質(zhì)為力場作用，由于吸附外表能降低為一自發(fā)過程。由于吸附n:s增加外表原子增加V0即吸附降低外表能 吸附兩種類型: 物理吸附:范德華力 放熱小幾個單分子層 化學(xué)吸附:化學(xué)結(jié)合力 放熱大 單分子層 氧分壓與外表能的關(guān)系：即氧壓增大，外表張力下降等于吸附增強。6-4 吸附粘附 2、吸附對外表構(gòu)造及性能影響1加NaCl型的Nib吸附后，由配位數(shù)與變成6成為八面體構(gòu)造，構(gòu)造趨于穩(wěn)定。2外表構(gòu)造改變硅酸鹽外

6、表吸附水膜形成硅酸基團。3吸附可以降低材料機械強度Rm : 斷裂強度r0 : 外表能a : 原子間距r0 那么Rm 3、粘附粘附：互相接觸的外表產(chǎn)生吸引1粘附力A、B兩種材料粘附一起粘附功WAB ：A、B兩界面的外表能 AB ：AB之間的外表能 粘附功：剝開單位粘附面積所需作功，粘附功W大那么VAB小，兩者結(jié)合粘附結(jié)實 相似外表易于粘附，一般金屬排登陸艇它們之間的吸附層且具足夠的塑性變形可出現(xiàn)率固粘附即為冷焊。4、實際外表構(gòu)造硅酸鹽外表由于吸附都帶有硅酸基團，吸附水而成水膜。 1、晶界的產(chǎn)生 多晶材料中，晶粒大小，形狀毫無規(guī)那么晶粒與晶粒之間由于取向不同，出現(xiàn)邊界，即為晶界2、晶界特點 晶介處

7、能量較高有應(yīng)力形成空位，位錯等缺陷，晶界可以將移動晶本長大，再結(jié)晶相變，燒結(jié)都晶界移動。3、晶界構(gòu)造據(jù)兩晶粒之間偏差可分為： 據(jù)晶界兩連原子的連貫性可分為：6-5 晶界 小角度晶界大角度晶界連貫晶界半連貫晶界大連貫晶界4、晶界能與外表能關(guān)系晶界能總小于兩個相鄰的二晶粒外表能之和，因二個晶粒外表層原子之間會有強烈的相互作用如無作用那么應(yīng)該相等。5、晶界對材料性質(zhì)和材料物理化學(xué)性能的影響A、降低材料機械強度B、晶界能夠富集雜質(zhì)原子C、晶界原子能量較高可以成為高溫傳質(zhì)過程的快速通道。6、晶界應(yīng)力晶界應(yīng)力 晶界應(yīng)力與熱彭脹系數(shù)溫度變化原底d成正比，如熱膨脹為各向同性即 =0,=0。如產(chǎn)生應(yīng)力那么晶粒越

8、大，應(yīng)力愈大強度越差，搞熱沖擊性也差。1、彎曲外表附加壓力外表張力的存在造成彎曲外表上產(chǎn)生附加壓力 如右圖一根毛細管向其中吹氣在管端形成一半徑為氣泡壓力增大，氣泡體積增大相應(yīng)外表積增加，阻礙其體積增加的阻力為由于擴大外表積所需總外表能為抑制此外表張力環(huán)境做功為6-6彎曲外表 對于非球形外表可以設(shè) 式中r1,r2為曲面的主曲半徑附加壓力P：A、當(dāng)曲面為凸面時，r為正值，P為正值B、當(dāng)曲面為凹面時，r為負值，P為負值，即r值有正負之分導(dǎo)致P正負值。2、彎曲外表飽和蒸冷壓在溫度下時液體與其飽和蒸氣平衡液體對于氣體蒸汽為理想流體其摩爾體積 代入式6-5 代入式6-4 此式即為凱爾文方程式中：V：外表張

9、力 M：液體分子量 P：液體的密度 ：彎曲外表率半徑 R：全體常數(shù) ； T：絕對溫度；P0，P0：平外表時液體所受壓力及飽和蒸氣壓力P0；P1，P1：彎曲外表時即液體與散成半徑為液體時所受壓力及飽和蒸氣壓P1。 如彎曲外表為非球面時：由此式得，曲面附加壓力引飽和蒸氣壓變化曲面半徑越小引起蒸汽變化與愈大。1、潤濕 外表與界面之間形成液-固-氣，固-固-液，固-固-氣三種體系，其中轉(zhuǎn)為重要的是液-固-氣系統(tǒng)潤濕：液體與固體接觸，使固體外表能下降的現(xiàn)象。潤滑角：液體外表張力LV與固液界面張力SL之間夾角。SV，SL，LV，分別為液-固-氣、固-液，固-氣之界面張力第2晶界構(gòu)型車小節(jié)不講6-6 潤濕分相分布 2、晶界構(gòu)型晶界形狀也由外表張力相互關(guān)系決定多晶體構(gòu)造，多晶體晶界形狀1固-固-固相晶界交匯處均為固相，此時多晶體面中，每一個晶界相交角度均為120所有晶體斷面的有規(guī)律六角形狀，晶界以120相等，能量D趨于最穩(wěn)定系統(tǒng)的總界