表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論要點(diǎn)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1表面工程技術(shù)表面工程技術(shù)(jsh)的基礎(chǔ)理論要點(diǎn)的基礎(chǔ)理論要點(diǎn)第一頁(yè)，共28頁(yè)。第1頁(yè)/共28頁(yè)第二頁(yè)，共28頁(yè)。第2頁(yè)/共28頁(yè)第三頁(yè)，共28頁(yè)。第3頁(yè)/共28頁(yè)第四頁(yè)，共28頁(yè)。（示意圖如下）（示意圖如下）第4頁(yè)/共28頁(yè)第五頁(yè)，共28頁(yè)。過渡過渡(gud)區(qū)區(qū)域域相相1 1相相2 2相相1界面界面相相2過渡區(qū)域過渡區(qū)域第5頁(yè)/共28頁(yè)第六頁(yè)，共28頁(yè)。那么表面和界面那么表面和界面(jimin)(jimin)又是什么又是什么關(guān)系呢？關(guān)系呢？p界面是任何兩種相之間的交界區(qū)，總稱界面是任何兩種相之間的交界區(qū)，總稱 p習(xí)慣上把固習(xí)慣上把固氣、固氣、固液、液液、液氣的過氣的過渡區(qū)域稱為表面

2、渡區(qū)域稱為表面 p固固固、液固、液液的過渡區(qū)域還是稱為界面液的過渡區(qū)域還是稱為界面 p氣體氣體(qt)之間一般是均相體系，因此不存在界之間一般是均相體系，因此不存在界面面 第6頁(yè)/共28頁(yè)第七頁(yè)，共28頁(yè)。三種三種(sn zhn)：表面表面固-液 固-氣第7頁(yè)/共28頁(yè)第八頁(yè)，共28頁(yè)。C. 相界相界B.晶界晶界不銹鋼晶界不銹鋼晶界鋁合金相界鋁合金相界第8頁(yè)/共28頁(yè)第九頁(yè)，共28頁(yè)。結(jié)晶固體的表面是晶體中原子的周結(jié)晶固體的表面是晶體中原子的周期性排列發(fā)生大面積突然終止的地方，期性排列發(fā)生大面積突然終止的地方，或者是從晶體內(nèi)部的三維周期性結(jié)構(gòu)或者是從晶體內(nèi)部的三維周期性結(jié)構(gòu)開始破壞到真空之間的

3、整個(gè)過渡區(qū)域。開始破壞到真空之間的整個(gè)過渡區(qū)域。固體表面大體上是怎樣固體表面大體上是怎樣(znyng)的的構(gòu)造呢構(gòu)造呢 ？分類有幾種呢？分類有幾種呢？ 第9頁(yè)/共28頁(yè)第十頁(yè)，共28頁(yè)。二、固體表面的分類：二、固體表面的分類：1、理想表面：當(dāng)一個(gè)無(wú)限大的無(wú)、理想表面：當(dāng)一個(gè)無(wú)限大的無(wú)缺陷的晶體被分成兩個(gè)半無(wú)限大缺陷的晶體被分成兩個(gè)半無(wú)限大的晶體時(shí)，如果在分割面附近區(qū)的晶體時(shí)，如果在分割面附近區(qū)域中的原子域中的原子(yunz)排列、電子的排列、電子的密度分布都和分割前一樣，而且密度分布都和分割前一樣，而且晶體在分割時(shí)沒有原子晶體在分割時(shí)沒有原子(yunz)進(jìn)進(jìn)入或跑出分割面，這個(gè)分割面就入或跑出

4、分割面，這個(gè)分割面就稱為稱為理想表面理想表面 理想理想(lxing)表面表面形成示意圖形成示意圖第10頁(yè)/共28頁(yè)第十一頁(yè)，共28頁(yè)。第11頁(yè)/共28頁(yè)第十二頁(yè)，共28頁(yè)。2、清潔表面、清潔表面指沒有被任何其他東西所污染指沒有被任何其他東西所污染(wrn)，也沒有吸附其他任何不是表面，也沒有吸附其他任何不是表面組分的其他原子、分子的材料表面組分的其他原子、分子的材料表面 無(wú)污染無(wú)污染(wrn)，無(wú)吸附、偏析，排，無(wú)吸附、偏析，排列不同，組分一樣列不同，組分一樣分為三種：表面弛豫、表面重構(gòu)和臺(tái)分為三種：表面弛豫、表面重構(gòu)和臺(tái)階階第12頁(yè)/共28頁(yè)第十三頁(yè)，共28頁(yè)。a、表面弛豫：電子密度分布發(fā)生

5、變化，、表面弛豫：電子密度分布發(fā)生變化，垂直位置伸長(zhǎng)垂直位置伸長(zhǎng)(shn chn)或縮短或縮短 b、表面、表面(biomin)重構(gòu)：在平行基底重構(gòu)：在平行基底的表面的表面(biomin)上，原子的平移對(duì)稱上，原子的平移對(duì)稱性與體內(nèi)不同，原子位置作了較大幅性與體內(nèi)不同，原子位置作了較大幅度調(diào)整；度調(diào)整；第13頁(yè)/共28頁(yè)第十四頁(yè)，共28頁(yè)。3、覆蓋表面、覆蓋表面當(dāng)有其他原子進(jìn)到表面就會(huì)出現(xiàn)另外的表面結(jié)當(dāng)有其他原子進(jìn)到表面就會(huì)出現(xiàn)另外的表面結(jié)構(gòu)，這種表面稱為覆蓋表面構(gòu)，這種表面稱為覆蓋表面特點(diǎn)特點(diǎn)表面組分和排列都與內(nèi)部不同表面組分和排列都與內(nèi)部不同(b tn)，由吸附、偏析或化合等形式由吸附、偏析

6、或化合等形式分為三種分為三種偏析、吸附、化和物偏析、吸附、化和物第14頁(yè)/共28頁(yè)第十五頁(yè)，共28頁(yè)。4、實(shí)際表面、實(shí)際表面(biomin)的特點(diǎn)的特點(diǎn)a、表面、表面(biomin)的外形的外形固體表面固體表面(biomin)從原子尺度來(lái)看是很不平整的，從原子尺度來(lái)看是很不平整的，甚至還有裂紋、空洞等缺陷甚至還有裂紋、空洞等缺陷 b、表面、表面(biomin)的組織的組織晶粒尺寸晶粒尺寸與體內(nèi)有較大差別，有非晶態(tài)和納米顆與體內(nèi)有較大差別，有非晶態(tài)和納米顆粒存在，還存在各種應(yīng)力粒存在，還存在各種應(yīng)力c、金屬表面、金屬表面(biomin)的成分的成分金屬金屬表面表面(biomin)除了吸附或者偏析

7、、化合除了吸附或者偏析、化合其他與基體不同的原子、分子以外，在其他與基體不同的原子、分子以外，在表面表面(biomin)與空氣之間的過渡區(qū)由氧與空氣之間的過渡區(qū)由氧化物、氮化物、硫化物、鹽類、油脂等化物、氮化物、硫化物、鹽類、油脂等有機(jī)高分子、塵埃、表面有機(jī)高分子、塵埃、表面(biomin)接觸接觸過的各種物質(zhì)痕量以及吸附的氣體等過的各種物質(zhì)痕量以及吸附的氣體等 第15頁(yè)/共28頁(yè)第十六頁(yè)，共28頁(yè)。第16頁(yè)/共28頁(yè)第十七頁(yè)，共28頁(yè)。一、吸附現(xiàn)象：一、吸附現(xiàn)象：1、吸附的定義：、吸附的定義： 由于物理或化學(xué)的作用力場(chǎng)，由于物理或化學(xué)的作用力場(chǎng)，某種物質(zhì)分子能夠附著或結(jié)合在兩某種物質(zhì)分子能夠

8、附著或結(jié)合在兩相界面上的濃度與兩相本體不同的相界面上的濃度與兩相本體不同的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 表面吸附就是指由于受到吸引表面吸附就是指由于受到吸引力，其他分子在表面的富集。力，其他分子在表面的富集。 2、固體、固體(gt)表面上氣體的吸附：表面上氣體的吸附： 物理吸附：靠范德瓦耳斯力物理吸附：靠范德瓦耳斯力吸附吸附 化學(xué)吸附：表面發(fā)生了化學(xué)化學(xué)吸附：表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，分為離子鍵吸附和化學(xué)鍵吸反應(yīng)，分為離子鍵吸附和化學(xué)鍵吸附附 離子鍵吸附是指吸附劑和離子鍵吸附是指吸附劑和吸附物之間發(fā)生了完全的電子轉(zhuǎn)移，吸附物之間發(fā)生了完全的電子轉(zhuǎn)移，化學(xué)鍵吸附是指電子轉(zhuǎn)移不完全的化學(xué)鍵吸附是指電子轉(zhuǎn)移不完全的情況。

9、實(shí)際一般兩種情況都存在。情況。實(shí)際一般兩種情況都存在。第17頁(yè)/共28頁(yè)第十八頁(yè)，共28頁(yè)。既有區(qū)別又有聯(lián)系：既有區(qū)別又有聯(lián)系：熱效應(yīng)不同：放熱過程，化學(xué)吸附的吸附熱高熱效應(yīng)不同：放熱過程，化學(xué)吸附的吸附熱高于物理吸附，吸附和脫附的溫度都高于物理吸附；于物理吸附，吸附和脫附的溫度都高于物理吸附；吸附和脫附的速率不同：物理吸附類似凝聚吸附和脫附的速率不同：物理吸附類似凝聚(nngj)現(xiàn)象，一般不需要活化能，吸附速度快，現(xiàn)象，一般不需要活化能，吸附速度快，化學(xué)吸附慢；化學(xué)吸附脫附比物理吸附難，物理化學(xué)吸附慢；化學(xué)吸附脫附比物理吸附難，物理是可逆的，化學(xué)是不可逆的。是可逆的，化學(xué)是不可逆的?；瘜W(xué)吸附

10、具有選擇性化學(xué)吸附具有選擇性:一種固體表面只能吸附一一種固體表面只能吸附一些氣體，物理吸附無(wú)選擇性；些氣體，物理吸附無(wú)選擇性；吸附層的厚度不同：化學(xué)吸附是單分子層，物吸附層的厚度不同：化學(xué)吸附是單分子層，物理吸附有時(shí)會(huì)是多層的；理吸附有時(shí)會(huì)是多層的；吸附態(tài)的光譜不同：物理吸附只是特征吸收峰吸附態(tài)的光譜不同：物理吸附只是特征吸收峰發(fā)生位移，化學(xué)吸附會(huì)產(chǎn)生新的吸收峰；發(fā)生位移，化學(xué)吸附會(huì)產(chǎn)生新的吸收峰；聯(lián)系：一是很難區(qū)分，二是化學(xué)吸附有時(shí)要先聯(lián)系：一是很難區(qū)分，二是化學(xué)吸附有時(shí)要先經(jīng)過物理吸附，三是兩者有時(shí)互相轉(zhuǎn)化。經(jīng)過物理吸附，三是兩者有時(shí)互相轉(zhuǎn)化。第18頁(yè)/共28頁(yè)第十九頁(yè)，共28頁(yè)。與液體與

11、液體(yt)和固體的接觸方式和固體的接觸方式二、潤(rùn)濕和黏著二、潤(rùn)濕和黏著1、潤(rùn)濕：液體、潤(rùn)濕：液體(yt)和固體表面接和固體表面接觸時(shí)，液體觸時(shí)，液體(yt)在固體表面鋪展的在固體表面鋪展的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。2、黏著：固體與固體接觸時(shí)將產(chǎn)生、黏著：固體與固體接觸時(shí)將產(chǎn)生黏著黏著 第19頁(yè)/共28頁(yè)第二十頁(yè)，共28頁(yè)。一、單晶表面缺陷模型一、單晶表面缺陷模型 TLK模型，也稱為臺(tái)地模型，也稱為臺(tái)地(tid)棱階棱階彎結(jié)模型彎結(jié)模型 （教材（教材P31）二、表面擴(kuò)散二、表面擴(kuò)散 指的是原子或分子沿著表指的是原子或分子沿著表面做二維的遷移運(yùn)動(dòng)（教材面做二維的遷移運(yùn)動(dòng)（教材P32）第20頁(yè)/共28頁(yè)第二十一

12、頁(yè)，共28頁(yè)。一、涂層的內(nèi)涵一、涂層的內(nèi)涵廣義：經(jīng)過處理后的不同于基體材料廣義：經(jīng)過處理后的不同于基體材料的表面層的表面層 狹義：由于外來(lái)成分通過狹義：由于外來(lái)成分通過(tnggu)滲透、注入或涂覆在表面而形成滲透、注入或涂覆在表面而形成的覆蓋層的覆蓋層 相近的概念：鍍層、滲層、覆蓋層、相近的概念：鍍層、滲層、覆蓋層、膜等膜等 第21頁(yè)/共28頁(yè)第二十二頁(yè)，共28頁(yè)。二、參考定義二、參考定義 涂層是指用物理的、化學(xué)的或涂層是指用物理的、化學(xué)的或其他方法，在金屬或非金屬基體其他方法，在金屬或非金屬基體表面形成的，具有表面形成的，具有(jyu)一定厚一定厚度、不同于基體材料且具有度、不同于基體材料

13、且具有(jyu)一定的強(qiáng)化、防護(hù)或特殊功能的一定的強(qiáng)化、防護(hù)或特殊功能的覆蓋層覆蓋層上述涂層定義涉及到下述應(yīng)弄清楚的上述涂層定義涉及到下述應(yīng)弄清楚的問題：?jiǎn)栴}：涂層應(yīng)有涂層應(yīng)有“一定厚度一定厚度”，這個(gè)厚度多，這個(gè)厚度多少？少？涂層是涂層是“不同于基體材料不同于基體材料”的一個(gè)覆的一個(gè)覆蓋層，是一種什么材料？蓋層，是一種什么材料？涂層是如何形成的？即涂層的形成機(jī)涂層是如何形成的？即涂層的形成機(jī)制制涂層是如何涂層是如何“附著附著”在基體上的？即在基體上的？即涂層與基體的結(jié)合機(jī)制涂層與基體的結(jié)合機(jī)制涂層應(yīng)具備涂層應(yīng)具備“一定功能一定功能”，什么功能？，什么功能？涂層與表面改性和表面處理的關(guān)系涂層與表面改性和表面處理的關(guān)系第22頁(yè)/共28頁(yè)第二十三頁(yè)，共28頁(yè)。n（電鍍、電刷