02-教案-表面技術概論-表面基本理論

授課學時：2學時早節(jié)名稱 第章外表工程技術的根底理論 備注教學目的和要通過本章學習了解固體材料的外表特性；把握典型固體界面結(jié)構特求 點；了解材料外表熱力學的根底學問

材料外表、界面的根本概念典型固態(tài)的界面構造特點〔等〕

1、教學方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點，用分析證明、分類舉例〔特別要分清“復合層次”，以免漏層〕的方法突破難點。2、教學手段：以傳統(tǒng)的口述，現(xiàn)代的多媒體，再加黑板為關心的手段進展教學。固體材料的外表特性固體外表界面與外表一一幾個有關的重要概念：界面、外表1相：物質(zhì)存在的某種狀態(tài)或構造，通常稱為某一相都呈連續(xù)的梯度的變化。界面包括固-固、液-液、固-液、氣-液、氣-固界面。--固-液、固-氣的分界面粒〔或亞晶〕之間的界面。--固體材料中成分、構造不同的兩相之間的界面。抱負晶體外表：是理論的構造完整的一維點陣平面。無視周期性勢場的中斷1無視缺陷、集中、熱運動1無視外界環(huán)境影響 是把它作為爭論其他類型 爭抱負外表是難以獲得的，只不過外表的一個根底。原子排列主要有兩種變化方式：一是自行調(diào)整〔清潔外表〕二和吸附〔掩蓋外表〕是依靠外表的成分偏析、化合干凈外表與清潔外表干凈外表仍與體內(nèi)一樣，這種外表就稱為干凈外表。它是相對于抱負外表和受環(huán)境氣氛污染的實際外表而言的。臺階：外表原子形成臺階構造。原子產(chǎn)生的相對于正常位置的上下位移。直方向的層間距與體內(nèi)一樣。1化合物：外來原子進入外表，并與外表原子形成化合物。Compound清潔外表一般指零件經(jīng)過清洗()以后的外表。實際外表構造外表粗造度：是指加工外表上具有的較小間距的峰和谷所組成的微觀幾何外形誤差，也稱微觀粗糙度。粗糙外表對外表特性的影響1粗糙外表的原子比正常的原子具有更咼的外表能！粗糙外表影響實際外表的接觸面積和接觸性質(zhì)！實際比外表積大于表觀比外表積！粗糙的外表具有與內(nèi)部不同的成分和組織！機械加工外表在磨削、研磨、拋光等機械作用下，金屬外表能形成特別構造的外表層。實際零件的加工外表不行能確定平坦光滑，而是由很多微觀不規(guī)章的峰谷組成。貝爾比層：固體材料經(jīng)切削加工后，在幾個微米或十幾個微米的表層中發(fā)生組織構造的晶格畸變。該種晶格畸變隨深度變化，而在最外邊，約 5nm100nm厚度可能會形成一種非晶態(tài)層，稱為貝爾比(Beilby)層。1剩余應力：材料經(jīng)加工，就會存在著各種剩余應力，對性能發(fā)生影響。壓應力是有利的。外表氧化、吸附和沾污：C02、S02、N02等各種污染氣體，甚至在肯定的條件下發(fā)生化學反響而形成氧化物、有機物、鹽或氫氧化物。料和加工硬化層；另一局部是所謂“外外表層”，包括吸附層、氧化層等。外外表層 吸附層、氧化層內(nèi)外表層 基體材料、加工硬化層典型固體界面構造特點依據(jù)界面的形成過程與特點，最常見的界面類型為如下幾種：5nm的區(qū)域內(nèi)，點陣發(fā)生猛烈畸變，形成厚度1-100nm的晶粒極微小的微晶層，亦稱為貝爾比層(Bilby層)，在比600SiC砂紙研磨黃銅時，其塑變層一般可達1-10m?；诠滔嗪暧^成分差異形成的界面冶金結(jié)合界面料沿處于半熔化狀態(tài)下的固體基材外表對外凝固結(jié)晶而形成時，覆層與基材的結(jié)合就稱為冶金結(jié)合”。冶金結(jié)合的實質(zhì)是金屬鍵結(jié)合。集中結(jié)合界面兩個固相直接接觸，通過抽真空、加熱、加壓、界面分散和反響等途徑所形成的結(jié)合界面。其特點是覆層與基材之間的成分梯度變化，并形成了原子級別的混合或合金化。 熱擴滲工藝、離子注入外延生長界面完整的單晶層的工藝過程，就稱為外延生長，形成的界面稱為外延生長界面。主要有兩類：一種是氣相外延，如化學氣相沉積技術；另一種是液相外延，如電鍍技術等?；瘜W鍵結(jié)合界面時，兩種材料的界面就稱為化學鍵結(jié)合界面。例如，氣相沉積：TiNTiC薄膜.可獲得化學鍵結(jié)合的外表技術主要有：物理和化學氣相沉積技術、離子注入技術、熱擴滲技術、化學轉(zhuǎn)化膜技術、陽極氧化和化學氧化技術等。分子鍵結(jié)合界面分子鍵結(jié)合界面是指涂(鍍)用。局部物理氣相沉積層、涂裝技術中有機粘結(jié)涂層與基材的結(jié)合界面等均屬于典型的分子鍵結(jié)合界面。機械結(jié)合界面界面主要通過兩種材料相互鑲嵌的機械連接作用而形成。 熱噴涂外表熱力學固體的外表特性與內(nèi)部不同：緣由：表層畸變--常的平衡位置，從而牽動著四周的幾層原子，產(chǎn)生表層畸變，使表層原子的能量比內(nèi)部的要咼很多。外表能：將表層原子高出的能量疊加起來。平均在單位面積上的超額能量稱之為比外表能，簡稱外表能。外表能包括：原子的動能，原子間的勢能，原子核的動能和勢能，電子的動能和勢能。外表張力外表張力是外表能的一種物理表現(xiàn)，是由于原子間的作用力以及在外表和內(nèi)部的排列狀態(tài)的差異而引起的。外表層分子受到指向液體內(nèi)部的合力(分子間凈吸引力)。產(chǎn)生的緣由：物質(zhì)外表層的分子所處的力場是不均衡的。導致液體外表具有自動縮小的趨勢。固體外表的吸附：在固體外表上的原子或分子的力場不飽和，清潔的固體表面處于不穩(wěn)疋的咼能狀態(tài)。如某種物質(zhì)能與外表作用，降低其外表能，則這種物質(zhì)就吸附于固體外表〔〕。潤濕現(xiàn)象與機理定義：液體在固體外表上鋪展的現(xiàn)象。親水物質(zhì)、疏水物質(zhì)：潤濕角：9潤濕程度的定義：9V90。時稱為潤濕。9角越小，潤濕性越好，液體越容易在固體外表開放。當9909角越大，潤濕性越不好，液體在固體外表上鋪開放，并越簡潔收縮至接近圓球狀。當9=0180°時，則相應的稱為完全潤濕和完全不潤濕。機理：潤濕與否取決于液體分子間相互吸引力〔內(nèi)聚力〕固分子間吸引力〔粘附力〕的相對大小。假設液一固粘附力較大，則液體在固體外表鋪展，呈潤濕；假設液體內(nèi)聚力占優(yōu)勢則不鋪展，呈不潤濕。增加