材料表面與界面經典練習題(編輯修改稿)
2025-04-21 04:34 本頁面
【文章內容簡介】 晶格常數(shù)變化將取決于材料的特征和晶向。弛豫不僅于表面一層，而且會延伸到一定范圍，例如NaCl(100)面的離子極化是發(fā)生在距表面5 層的范圍。許多金屬氧化物的表面都容易發(fā)生弛豫，并使表面帶負電，產生表面電矩。當金屬氧化物以粉體形式存在時，顆粒尺寸為亞微米極超細粉，則表面非常大，弛豫產生的表面電矩使粉體難以緊密接觸，給成型工藝帶來困難。對于大多數(shù)粉體來說，表面原子都有不同程度的弛豫，V 族元素原子向外移動，Ⅲ族元素原子向內移動，弛豫使鍵能發(fā)生旋轉，并對表面態(tài)產生影響。？晶界的結構特征如何？（1）晶界是晶粒之間界面的簡稱，亦稱晶粒間界，是固體材料界面的一種特殊情況。由于實際應用的材料多數(shù)為多晶體，境界問題對于材料研究便具有了極大的普遍性。就其本意而言，晶界是同材質同結構不同取向的晶粒之間的界面，這就使得其處理比相界面大大簡化。在這種簡化處理得到的模型的基礎上，再推廣到一般的相界上，就容易多了。而實際的晶界遠比上述設想復雜。材料本身經常就是多相的，而且在晶界上還會有各種雜質相析出，這就使得晶界不再是同種材料之間的界面，而成為多相界面。（2）有二種不同的分類方法，一種簡單地按兩個晶粒之間夾角的大小來分類。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相鄰兩個晶粒的原子排列鋁合的角度很小，約2`～3`。兩個晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。界面處質點排列著一系列棱位。當一顆晶粒繞垂直晶粒界面的軸旋轉微小角度，也能形成由螺旋位錯構成的扭轉小角度晶界。大角度晶界在多晶體中占多數(shù)，這時晶界上質點的排列已接近無序狀態(tài)。另一種分類是根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來劃分的。當界面兩側的晶體具有非常相似的結構和類似的取向，越過界面原子面是連續(xù)的。這樣的界面稱為共格晶界。？書P122123。書P120122？舉例說明晶界偏析對PTC陶瓷性能的影響。（1）晶界附近的組分與晶粒內部不同。產生的原因：第一是晶粒內部總是存在或多或少的雜質離予， 但是環(huán)繞雜質的彈性應變場較強，而晶界區(qū)由于開放結構及弱彈性應變場，因此在適當?shù)母邷叵孪码s質將從晶粒內向晶界擴散而導效偏析以降低應變能。第二是晶界上電荷隨溫度下降而增加， 因此在降溫過程中也會引起雜質的偏析。例如MgO 飽和的A1203 中， 晶界電荷符號為正，引起化合價比Al3+低的Mg2+的偏析，以降低靜電勢。第三是固溶界限， 當溫度降低時，溶質在晶格中的固溶度降低， 偏析量也隨之增加，一般氧化物固溶體中的固溶熱(固溶時所需能量)都較大， 固溶界限就較低， 易引起溶質偏析。（2）BaTiO3 陶瓷是否具有PTC 效應，完全是由其晶粒和晶界的電性能決定，沒有晶界的單晶是不具有PTC 效應。晶粒和晶界都充分半導化及晶粒半導化而晶界或邊界層充分絕緣化的BaTiO3 陶瓷都不具有PTC 效應，而只有晶粒充分半導化，晶界適當絕緣化的BaTiO3 陶瓷才具有顯著的PTC 效應。一般是通過摻雜制備PTC 陶瓷，Mn 對PTC 效應的影響最為顯著。Mn 離子提高PTC 效應是在晶界層的偏析。對Mn，Nb 共摻雜的BaTiO3 陶瓷進行觀察，發(fā)現(xiàn)Mn 在晶界處的偏析行為。（內部）組成差異的原因。玻璃表面的化學組成與玻璃主體的化學組成有一定的差異，即沿著玻璃表面的垂直方向的個組成含量不是恒值，也就是說組成隨深度變化而變化。造成玻璃表面與主體組成上的差異，主要有熔制、成形、熱加工以及玻璃表面受大氣、水和其他溶液侵蝕等不同原因造成的。在熔制、成形和熱加工過程中，由于高溫時一些組成的揮發(fā)，或各組分對表面能的貢獻大小不同，而造成表面中某些成分的富集，某些成分的減少。當玻璃處在粘滯狀態(tài)下，使表面能減少的組分，就會富集到玻璃表面，以使玻璃表面能盡可能低；相反，賦予表面能高的組分，就會遷離玻璃表面內部移動，所以這些組分在表面比較少。常用的玻璃成分中的Na+、B3+是容易揮發(fā)的。Lyon 認為Na+在成形溫度范圍內，Na+自表面向周圍介質揮發(fā)的速度大于Na+從玻璃內部向表面遷移的速度。故用拉制法或吹制法成形玻璃的表面還是少堿的。他認為只有在退火溫度下，Na+從內部遷移到表面的速度大于Na+從表面揮發(fā)的速度。但實際生產中，退火時對遷移到表面的高Na+層與爐氣中的SO2 結合生成Na2SO4 白霜。而這層白霜和容易洗去，結果表面層還是少堿。玻璃的實際強度要比理論強度低幾個數(shù)量級，這是因為實際玻璃存在著微觀和宏觀缺陷，特別是表面微裂紋，使實際強度大大降低。Weyl 的玻璃亞表面理論解釋了玻璃理論強度大大小于實際強度。假設了玻璃表面亞表面層厚度為膠體粒子大小，不完全對稱，配位不全，有缺陷。特點為：幾何表面熵值最高，向內部成梯度降低；原子或質點表面不對稱，缺陷多，空隙大，成為微多孔性；表面的無序高于內部；表面易析晶。書P128133第五章？（1）復合材料界面包含著兩相之間的過渡區(qū)域的三維界面相，界面相內的化學組分、分子排列、熱性能、力學性能等呈連續(xù)性變化。（2）復合材料的性能并非組分材料的性能簡單加和，而是產生了1+1〉2的協(xié)同效應。（3）兩相復合過程中，會出現(xiàn)熱應力（導熱系數(shù)、膨脹系數(shù)的不同）、界面化學效應（官能團之間的作用或反應）和界面結晶效應（成核誘發(fā)結晶、橫晶）。這些效應引起的界面微觀結構和性能特征，對復合材料的性能產生直接的影響。？說明硅烷偶聯(lián)劑對玻璃纖維增強塑料的作用機理。用偶聯(lián)劑進行表面處理有哪些方法？（1）偶聯(lián)劑是分子含有兩種不同性質基
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