无机材料中的晶界与相界资料复习课程.ppt

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1、无机材料中的晶界与相界资料有关晶界概念的几种说法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。如果相邻晶粒不仅位向不同，而且结构、组成也不相同，即它们代表不同的两个相，则其接触界面称为相界面或界面。不论结构是否相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称为晶界。5.3晶界结构与分类当多晶体中晶粒的平均尺寸为1纳米时，晶界占多晶体总体积的1/2。显然在细晶材料中，晶界对材料的机、电、热、光等性质都有不可忽视的作用5.3.1晶界结构与分类晶界上两个晶粒的质点排列取向有一定的差异，两者都力图使晶界上的质点排

2、列符合于自已的取向。当达到平衡时，晶界上的原子就形成某种过渡的排列。晶界结构示意图在多晶体中，晶界上俩个晶粒的质点排列取向有一定的差异。由于受到相邻晶粒势场的作用，俩者都力图使晶界上的质点排列符合自己的取向。当到达平衡时，晶界上的原子就形成某种过度排列。晶界一般只有几个原子的厚度。晶界区域的原子由于受到俩个不同晶粒上原子共同作用，而处于非平衡位置，因而具有较高的能量。晶界的分类按两个晶粒之间夹角的大小来分：小角度晶界(约2°～3°)大角度晶界小角度晶界是相邻两个晶粒的原子排列错合的角度很小，约2°～3°，两个

3、晶粒间晶界由完全配合部分与失配部分组成，界面处质点排列着一系列刃位错。当一颗晶粒绕垂直界面的轴旋转微小角度，则形成由螺旋位错构成的小角度扭转晶界。大角度晶界在多晶体中占多数，这时晶界上质点的排列己接近无序状态.晶粒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，同时也使晶界处熔点低于晶粒。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。利用晶界的一系列特性，通过控制晶界的组成、结构和相态等来制造新材料。5.3.2相界结构与

4、分类具有不同化学成分和晶体结构的俩相之间的分界面称为相界。根据界面俩边原子排列的连贯性，相界可以分为：共格晶界（连贯晶界）半共格晶界（半连贯晶界）非共格晶界（非连贯晶界）共格晶界:界面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向，越过界面原子面是连续的半共格晶界:晶面间距比较小的一个相发生应变，在界面位错线附近发生局部晶格畸变。非共格晶界:界面两侧结构相差很大且与相邻晶体间有畸变的原子排列。连贯晶界半连贯晶界非连贯晶界从理论上来讲，相界能包括俩部分，即弹性畸变能和化学交互作用能。弹性畸变能的大小取决于适配度的大小

5、；而化学交互作用能取决于界面上原子与周围原子的化学键结合状况。相界面结构不同，这俩部分能量所占的比重不同。对于共格相界，由于界面上原子保持着匹配关系，故界面上原子结合键数目不变，此时应变能是主要的；而对于非共格相界，由于界面上原子的化学键数目和强度与晶内相比发生了很大的变化，故其界面能以化学能为主，而且总的界面能较高。从相界能的角度来看，从共格至半共格到非共格依次递增。晶界能与位错线有关的一个长度5.3.3多晶体的晶界构型在无机材料中，多晶体的组织变化发生在晶粒接触处即晶界上。晶界形状由表面张力的相互关系决定

6、。晶界在多面体中的形状、构造和分布称为晶界构形或晶界织构。（1）固－固－气界面张力平衡关系SVSSggΦ212cos=或γss=2γsv·cosΦ/2经过抛光的陶瓷表面在高温下进行热处理，在界面能的作用下，就符合上式的平衡关系。式中Φ角称为槽角。（2）固－固－液界面张力平衡关系或γss=2γSL·cosΦ/2固-固-液系统，这在由液相烧结而得到的多晶体中是十分普遍的。如传统长石质瓷、镁质瓷等。二面角大小取决于γSS与γSL的相对大小。如果γSS/γSL≥2，则Φ等于零，液相穿过晶界，晶粒完全被液相浸润，相分布

7、如下图(A)所示。如果γSL＞γSS<1,Φ就大于120°，晶粒不被润湿，这时三晶粒处形成孤岛状液滴下图(D)所示。γSS/γSL＞，Φ就小于60°，晶粒润湿，液相沿晶界渗开。γss=2γSL·cosΦ/2晶界形状由表面张力的相互关系决定33固固液系统相分布示意图随着Φ角度增大，三晶粒围成孤岛状液滴越来越小。晶界形状由表面张力的相互关系决定5.3.4无机材料相界面的润湿与黏附度按润湿程附着润湿铺展润湿浸渍润湿润湿是固－液界面上的重要行为。应用：机械的润滑、金属焊接、陶瓷和搪瓷的坯釉结合、陶瓷与金属的封接等。定

8、义：固液接触后，体系吉布斯自由焓降低时就称为润湿。分类：：（1）附着润湿液－气界面(L-g)固－气界面(S-g)固－液界面(S-L)固体液体附着润湿的吉布斯自由焓变化为：ΔG1＝γSL－(γLV＋γSV)附着功：W＝γLV＋γSV－γSLW愈大表示固液界面结合愈牢，即附着润湿愈强。（γ：界面张力）（2）铺展润湿SVLθγSVγLVγSLqgggcosLVSLSV+=LVSLSVgggq-=cos（γ