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1、界面物理化学复习知识点绪论1、界面定义界面：物体与物体之间的接触面，也称两种物质之间的接触面、连接层和分界层。复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。界面通常包含以下几个部分：基体和增强物的部分原始接触面；基体与增强物相互作用生成的反应产物，此产物与基体及增强物的接触面；2、复合材料定义：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。外加颗粒增强和内生颗粒增强复合材料的比较3、界面连接情况根据界面的连接紧密程度，界面连接有两种情况:物质之间无相
2、互渗透和物质之间有相互渗透4、界面所起的作用界面的效应(1)传递效应 界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用。(2)阻断效应 结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。(3)不连续效应 在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。(4)散射和吸收效应 光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。(5)诱导效应 一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象
3、，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等界面效应是任何一种单一材料所没有的特性，它对复合材料具有重要的作用。界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关，也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。5、物质固液气态，表现出的界面种类，举例说明气液界面：蒸发、蒸馏、表面张力、泡沫。蒸发部分液相分子在一定温度下转换为气相分子；蒸馏液体分子蒸发后，部分气相分子凝结为液相分子。液液界面：乳液、界面张力。乳液两不互溶液体相互接触时，一相的微滴分散在另一项的液体内，微滴对光线发生漫射反射；界面张力互不相溶的两相液体接触界面上所特有的一种力。气/固界面：气体吸附、气蚀、升华、灰尘、催化反
4、应、固体的分解。气体吸附吸附剂吸收气体的一种作用；气蚀如汽轮机的叶片，长期受喷射气体的冲刷所发生的腐蚀；升华固体直接气化的现象；灰尘固体的微粒悬浮于空气中。液固界面：电解、高分子晶体、焊接、润湿、接触角、浮选、润滑、催化。电解电极浸入电解液中通直流电后，发生的电解反应；高分子胶体聚合物的微粒分散在水或其他介质中，形成的胶体溶液；焊接如熔焊的焊锡（液体）焊接金属（焊锡焊接冷却后则是固/固界面）；润湿液体在固体表面上铺展开来。固固界面：焊接接头、摩擦、磨损、合金、固相反应。焊接接头焊缝使两固体被粘物牢固结合并成为一个整体；摩擦两个固体相互接触并相对移动的现象；磨损两块固体互相接触并相对滑动时，表面
5、层掉落下来成为磨屑，表面因此而发生的损失；合金一种金属的晶体分布在另一种金属里；固相反应两种混合的固体，在一定条件下发生的化学反应。6、计算材料学从一个不同尺度范畴考虑界面性质7、弛豫，结构重构的含义弛豫：原子核从激发的状态恢复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。8、固体与固体的界面分为晶界、相界晶界：晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面。相界：由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接而形成的界面。9、根据原子排列结构差别，相界分为共格、半共格、非共格（1）共格界面：两晶相具有相同的原子分布方式及相近的原子间距，两相的晶格在界面上能够相互衔接，一一对应，以致晶界
6、两侧的点阵越过界面是连续的，这种界面称为共格界面。（2）半共格界面：界面两侧的晶体点阵的对应晶面的面间距存在一定差异，两侧的晶体点阵具有连续性但每隔一定距离需要产生一个错配位错来容纳晶面间距差异的界面。（3）非共格界面：界面两侧的晶体点阵完全不存在连续性的界面。10、界面结合五种类型（1）机械结合。材料在结合面之间的机械啮合，机械啮合作用越强，界面结合力越大，特别是界面剪切强度增加幅度更大。（2）静电作用结合。结合面带有的异性电荷产生静电作用，使界面结合强度增加，结合力取决于电荷量。（3）化学结合。材料在结合面之间发生电子转移，形成界面原子间的化学键结合。化学结合强度取决于键的类型和单位面积键
7、的数量。（4）界面扩散结合。在一定条件下，材料在结合面处发生扩散现象，形成扩散结合。（5）界面化学反应。材料在结合面发生化学反应生成新相。11、界面缺陷类型12、界面研究的意义第一章 晶体界面的基础知识1、（1）晶体:规则结构，分子或原子按一定的周期性排列。长程有序性，有固体的熔点。E.g. 水晶、岩盐。（2）非晶体：非规则结构，分子或原子排列没有一定的周期性。短程有序性，没有固定的熔点。 玻璃、橡胶。（3）准晶体: 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期性，但无长程周期性 。 2、晶体宏观性质1）周期性：从原子排列的角度来讲 (均一性从宏观理化性质的角度来讲）；2）宏观对称性；3）各向
8、异性和解理性。例如，云母的解理性；4）固定的熔点。3、晶体结构及配位数（配位数：一个原子周围最近邻原子的数目）面心立方堆积，排列方式： ABCABC (立方密堆积)配位数: fcc的配位数为12。典型晶体： Cu、Ag 、Au、Ca、Sr、Al密排六方堆积，排列方式： ABABAB (六方密堆积)配位数：hcp的配位数为12。典型晶体：Be、Mg、Zn、Cd、Ti 体心立方堆积，对于体心立方（bcc）配位数为 8 。4、晶相、晶面及表达方式（1）布拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系 ，这些直线系称为晶列 。每一个晶列定义了一个方向，称为晶向 。 如果从一个原子沿晶向到最近的原子
9、的位移矢量为： l1 1+l22+l33 则晶向就用l1、l2、l3来标志，写成l1l2l3,称为晶向指数晶面 晶体内三个非共线结点组成的平面。通常用密勒指数来标： （确定米勒指数的步骤）1）选任一结点为原点，作a、b、c的轴线。2）求出晶面族中离原点最近的第一个晶面在a、b、c轴上的截距ha、kb、lc3）将h、k、l取倒数并化为互质整数h、k、l，则（h，k，l）即为密勒指数。5、立方晶系中存在底心立方结构吗？为什么？底心立方可以连成更小的简单立方6、在正方晶系中有没有底心正方、面心正方？底心正方简单正方、面心正方体心正方7、在立方晶系中标出晶面、晶向指数（略）8、晶界与界面的化学组成解析
10、 过去，作为测定晶界与界面的化学组成方法主要用俄歇（AES）电子分光、次级离子质谱法(SLMS）及AEM-EDS 的局部分析法。AES和SIMS作为研究物质表面附近的化学组成手段被广泛运用，但因其空间分辨率不足，用来分析晶界-界面。扫描电子显微镜的成像原理和光学显微镜或透射电子显微镜不同，它是以 电子束作为照明源，把聚焦得很细的电子束以光栅状扫描方式照射到试样上，产生各种与试样性质有关的信息，然后加以收集和处理从而获得微观形貌放大像。9、界面参数 晶体晶格点位置关系； 化学组成； 方位关系； 不同晶体结构； 不同结合性质等。10、晶体缺陷按其作用范围可分为：点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小
11、的缺陷。如空位、间隙原子、异类原子等。线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。主要是位错。面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。11、位错的基本类型（1）刃型位错（2）螺型位错（3）混合位错12、位错的增殖机制主要有三种机制：弗兰克-里德位错源（Frank-Read source）机制、双交滑移增殖机制，和攀移增殖机制。第二章 材料界面形成过程1、发生浸润的条件(1)润湿是固液界面上的重要行为。固液接触后，体系吉布斯自由焓降低时就称为润湿。按润湿程度分类：附着润湿、铺展润湿、浸渍润湿 (2)浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。（1）
12、若SV SL ,则90o ,浸渍润湿过程将自发进行，此时G0（2）若SV 90o ,要将固体浸入液体之中必须做功， 此时 G0 (3)润湿与液滴的形状(A) 润湿， 90o(C)完全润湿，0o ，液体铺开 2、黏着功公式Wad=（lg+sg）-sl=lg（1+cos）lg，sg，sl指测定时存在的各相之间的界面能4、复合材料界面结构表征5、金属基复合材料界面优化技术6、金属基复合材料界面成分变化：基体合金和增强体不可避免地发生不同程度的界面反应和元素扩散作用，界面反应和反应程度决定界面结构和特性，主要行为：（1）增强了金属基体与增强体界面结合强度；（2）产生脆性界面反应产物；（3）造成增强体损
13、伤和改变基体成分。7、金属基复合材料界面反应程度可分为弱界面反应、中等程度界面反应、强界面反应。第三章 材料界面的制备技术1、接合机制（1）物理机制：如物理吸附、机械力嵌合等。其主要影响因素为界面能、环境及保护气氛、被接合物质的表面质量等。降低异类物质的界面能可以改善浸润和吸附现象（2）化学机制;典型的有化学反应和扩散。提高温度，有助于促进同类或异类物质固、液相之间的化学反应，使固相向固相或固相向液相的反应得以更顺利进行，从而增强了浸润和接合的效果，使接合界面保持最理想的性能。影响因素多，常将位于接合区域的物质之间的电子换位、元素的氧化还原反应等因素结合起来考虑，此外阴电性对接合状态的影响也不
14、容忽视。2、常规制作方法（1）机械嵌合（2）固相扩散接合（3）压接（4）摩擦焊（5）反应接合方式：A）气体-金属共晶反应接合B）固体相互反应工艺C）活度金属法D)使用贵金属作中间层;（6）电压接合法（7）微波加热结合（陶瓷-陶瓷接合体）（8）熔化焊接（9）超高真空压焊（10）超声波接合（11）离子注入法(12) 金属化（13）共晶接合法3、导致界面偏析的主要因素（1）表面存在过剩自由能（表面张力）；（2）具有与氧的亲和性（3）向合金的表面扩散速度与体积扩散速度之差。这些因素又取决于温度、平衡与非平衡条件4、实验结果的分析方法第四章 材料界面形成过程的物理化学反应1、了解Al2O3、ZrO2、S
15、iC、Si3N4陶瓷与金属的接合反应及浸润性2、复合材料界面反应的种类及其所起的作用第八章 晶体界面的行为与物理化学诸现象1、晶界迁移的驱动力：变形储存能、界面曲率变形储存能：对于冷变形的晶体，uEE，即晶界迁移的驱动力为冷变形晶体内部的储存能。界面曲率（非变形状态）：弯曲的曲面存在界面张力，产生向心的法向力，使界面趋于平直化。为达力学平衡，凹侧单位面积上的压力为dP，对圆柱面晶界迁移的影响因素：杂质或溶质原子的影响：发生晶界吸附或偏聚时，降低迁移率，形成对晶界迁移的拖曳作用。温度：晶界扩散系数随温度升高成指数关系增加，故晶界迁移率明显增大。晶粒位相差：晶界的晶粒取向差小，迁移率低。大角度晶界具有较大迁移率（原子扩散系数大）第二相粒子:阻碍晶界运动，晶界脱离第二相颗粒的迁移是系统能量提高的过程，产生晶界迁移的阻力钉扎作用2、晶体晶界移动度概念3、晶界是变形初期晶格位错的发源地。4、钢铁材料中熔融金属晶界
