晶界与相界

按两个晶粒之间夹角的大小来分： 小角度晶界 θ＝2°～ 3° 大角度晶界 θ＞15° 小角度晶界又可以分为： 小角度倾转晶界（对称/不对称） 小角度扭转晶界
转动轴与晶界面法向垂直 转动轴与晶界面法向平行
对称倾斜晶界
不对称倾斜晶界
扭转晶界
二、相界结构与分类
相界的分类：（根据晶界两边原子排列的连贯性来分） 1）、共格相界 2）、半共格相界 3）、非共格相界
在润湿系统中(γSV> γSL), γLV 减 小会使θ缩小，而在不润湿系统 中γLV 减小会使θ增大。
(B) 不润湿， θ>90o
(C) 完全润湿， θ＝0o ，液体铺开
（3）、附着润湿
产生固－液界面 消失固－气界面
浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。
固
例：生坯的浸釉。
浸渍润湿自由能的变化：
液体
－ΔG＝ γSV － γSL
“共格”是指界面上的原子同时位于两相晶格的节点上，即两相 的晶格是彼此衔接的，界面上的原子为两者共有。形成共格相 界必须满足结构和大小一致的原则，即两个晶粒在界面处相互 吻合的晶面应该具有相近的原子排列和原子间距从而使两个晶 粒在界面处保持一定的取向关系。
失配度的定义：δ=（aβ-aα）/aβ aα, aβ——表示相界两侧α相和β相的点阵常数
例：晶粒越大，晶界所占体积越小 晶粒越小，晶界所占体积越大
晶界：同种材料相同结构的两个晶粒（取向不同） 之间的边界
相界：结构不同的两种材料或结构相同而点阵参数 不同的两块晶体交界面
一、晶界结构与分类
一、晶界
1、 定义：取向不同晶体之间的 界面。
2、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，故能量 较高，使晶界成为固态相变时优先成 核区域。
无机材料中的晶界与相界
1、晶界结构与分类 2、相界结构与分类 3、多晶体的晶界结构 4、无机材料相界面的润湿与粘附 5、吸附与表面改性
我们为什么药研究无机材料中的晶界与相界？
无机非金属材料—— 由形状不规则和取向不同的晶粒构成的多晶体
多晶体的性质不仅由晶粒内部结构和他们的 缺陷结构所决定，而且还与晶界结构、数量等因 素有关！
1～ 3
>3
>2
1/2~ 3 /2
> 3/2
1
120~600 局部 <600 润湿 00 全润湿
相分布 孤立液滴
开始渗透晶界 在晶界渗开 浸湿整个材料
四、无机材料相界面的润湿与粘附
其中θ称为润湿角
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。
（1）固-固-固界面
如果是同一种晶体组成的多晶材料γ1.1=γ1.2，θ1=θ2=120°， 此时理想晶粒的形状应是正六边形。在这种情况下，系统的总界面 能最小。晶粒小于六边形或大于六边形时，其晶界是弯曲的。
(2)固-固-气界面
γSV
ψ
γSV
固态晶粒 固态晶粒
γSS
(A)热腐蚀角(槽角)
(3)固-固-液界面
2 表面改性
由于化学或物理的吸附作用，表面往往吸附周围介质而形成一层 薄膜，导致表面性质发生变化。因此表面改性对材料的制造工艺 和材料性能都有很重要的作用！
定义：利用固体表面的吸附特性，通过各种表面处理技术来改变 固体表面的结构和性质，以适应各种预期的效果。
五、吸附与表面改性
1、吸附
定义：吸附是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面的 现象，是一种重要的表面性质。 可以降低比表面能。从而降低表面能。
原因：表面力场不对称，能量较高，有降低表面能趋势。 吸附分类：化学吸附与物理吸附。
表面能降低的两种途径： （1）、减少表面积（液体——改变形状） （2）、改变表面的性质（如吸附）
讨论：
若γSV > γSL ,浸渍润湿过程将自发
固
进行，此时ΔG<0 若γSV < γSL ,要将固体浸入液体之
中必须做功， 此时 ΔG>0
三种润湿的共同点是：液体将气体从 固体表面排挤开，使原有的固－气， 而代之以固－液界面。
其中铺展是润湿的最高标准，能铺展 则必能浸渍和附着。
（4）、润湿的影响因素及改善润湿的方法 （1）、润湿的影响因素 ①粗糙度：当真实接触角当真实接触角θ<90o ，粗造 度愈大，表观接触角愈小，就愈易润湿。当θ>90o ,粗造 度愈大，就愈不利润湿。 ②吸附膜：吸附膜的存在使接触角增大，起阻碍液体铺展 的作用 （2）、改善润湿的方法： 由cosθ＝（γSV － γSL )/ γLV可知 (1)降低γSL,陶瓷生产中采用固液两相组成接近的。 （2)降低γLV ，玻璃相加入PbO，Be2O3. (3)去除固体表面吸附膜，提高γSV。一般情况不容易改变。
W愈大表示固液界面结合愈牢， 即附着润湿愈强。
（2）、附着润湿
产生固－液、液－气界面 消失固－气界面
铺展润湿的吉布斯自由焓变化为：
G SL LV SV
铺展功： (SLLVSV)
θ
θ
(A)
(B)
(C)
润湿张力：F＝ γLV cosθ ＝ γSV － γSL
由此可看出：
润湿与液滴的形状 (A) 润湿， θ<90o
γSL
γSL
γSS
(B)固－固－液平衡的二面角
对于固－固－气界面张力平衡关系：
cos 1 SS 2 2 SV
对于固－固－液界面张力平衡关系：
cos 1 SS 2 2 SL
不同面角值两相分布：
(抛光断面)
A
B
C
D
E
二面角与润湿关系：
γSS/ γSL cos（ ／２）
润湿性
<1
<1/2
>1200 不
一般， 当0.05≤ δ ≤0.25时，可形成半共格晶面； 当δ＜0.05时，形成共格晶界； 当δ＞0.25时，形成非共格晶界
通过烧结形成得到的多晶体绝大多数为非共格晶界
非共格界面示意图
三、多晶体的晶界结构
所谓晶界构型是指多晶体的晶界形状、构造和分布，也称之为 多晶体的织构。晶界形状是由晶界处界面张力的相互关系决定的。
定义：固液接触后，体系（固体+液体）吉布斯
自由焓降低时，就称为润湿。
分类：：
按润湿程度
附着润湿 铺展润湿
浸渍润湿
（1）、附着润湿
液－气界面(L-v)
固体
固－气界面(S-v)
固－液界面(S-L)
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液体
附着润湿的吉布斯自由焓变化为： ΔG1 ＝γSL －(γLV ＋γSV )
附着功（单位截面积的液-固界面拉开所做的功） W＝ γLV ＋γSV － γSL