无机材料科学基础-4-3-表面与界面.ppt

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1、无机材料科学基础无机材料科学基础Fundamental of Inorgatic Materials主讲教师：田长安 E-mail:4-3 晶 界 晶界定义：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。晶界上的特性：晶界结构疏松，在多晶体中晶界是原子快速扩散的通道，并容易引起杂质原子偏聚。晶界上有许多空位、位错和键变形等缺陷使之处于应力畸变状态，故能阶较高，使晶界成为固态相变时优先成核区域。2023/1/8无机材料科学基础-赵鹏2一、晶界结构与分类分类晶粒间夹角大小小角度晶小角度晶界界大角度晶大角度晶界界晶界两边院子排列共格晶界共格晶界半共格晶半共格晶界界非共格晶非共格晶界界202

2、3/1/8无机材料科学基础-赵鹏32023/1/8无机材料科学基础-赵鹏4界面两界面两侧的晶体具有非常相似的的晶体具有非常相似的结构和构和类似的取似的取向，越向，越过界面原子面是界面原子面是连续的。的。共格晶界共格晶界共格晶界共格晶界晶面晶面间距比距比较小的一个相小的一个相发生生应变，在界面位，在界面位错线附近附近发生生局部晶格畸局部晶格畸变。半共格晶界半共格晶界半共格晶界半共格晶界界面两界面两侧结构相差很大且与相构相差很大且与相邻晶体晶体间有畸有畸变的的原子排列。原子排列。非共格晶界非共格晶界非共格晶界非共格晶界 晶界能2023/1/8无机材料科学基础-赵鹏5与位错线有关的一个长度二、多晶体

3、的组织 在硅酸盐材料中，多晶体的组织变化发生在晶粒接触处即晶界上，晶界形状是由表面张力的相互关系决定的，晶界在多晶体中的形状、构造和分布称为晶界构型。2023/1/8无机材料科学基础-赵鹏62023/1/8无机材料科学基础-赵鹏7固态晶粒固态晶粒 固态晶粒固态晶粒 SVSS热腐蚀角(槽角)SV固固液平衡的二面角SLSSSL固态晶粒固态晶粒 固态晶粒固态晶粒 三、晶界应力多晶材料中，如果有两种不同热膨胀系数的晶相组成，在加热与冷却过程中，由于两相膨胀系数的差别，在晶界上会有应力存在。最终会在晶界上出现裂纹，甚至使多晶体破裂。(1)晶界应力与热膨胀系数差、温度变化及复合层厚度 成正比。(2)若热膨胀系数是各向同性，晶界应力不会产生。(3)若产生晶界应力，则厚度愈厚，应力愈大。2023/1/8无机材料科学基础-赵鹏8四、晶界电荷 弗伦克尔等曾提出，在热力学平衡时离子晶体表面和晶界由于有过剩的同号离子而带有一种电荷。由于氧化物中热激发的晶格缺陷的浓度较低，在晶界上的电荷及其相联系的空间电荷是由异价溶质浓度决定的。