材料界面的物理与化学

材料界面的物理与化学

（可能不全，仅供参考。小题、大题根据情况自行添加删减）

第六章：

1、热应力：温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力,又称变温应力。

2、金属-陶瓷接合体残余应力的测定方法有：（无损检测）

(1)用X射线直接进行测定；

(2)用激光斑纹图像测定试样表面应变；

(3)用超声波显微镜测量表面弹性波的传播速度，再根据应力元

素关系计算出应力；

(4)用压痕硬度测定表观KIC值，与原来的KIC值相比较，求出残

余应力；

(5)电阻应变片式应力、应变测量；

(6)切断试件使残余应力释放出来，由切断前后应变读数值的差

推算应力。

3、热应力的释放（减小热应力的方法）【根据小题大题自行删减】

4、焊接应力变形分类：

（1）整体变形：整体变形是指整个结构的形状或尺寸发生变化。它是由于焊缝在各个方向收缩所引起的，包括直线变形、弯曲变形、扭曲变形等。

直线变形是指结构的长、宽、高尺寸的改变，按其方向又可分为纵向变形和横向变形。纵向变形是指平行于焊缝方向的变形。横向变形是指垂直于焊缝方向的变形。

（2）局部变形局部变形是指结构的某种部分发生变形。它包括角变形和波浪变形两种。焊后变形将严重影响到结构的外形和它的承载能力，其中整体变形对结构的影响较大，而局部变形的影响则较小。

5、焊接残余应力与分布：

焊接残余应力和变形产生的主要原因是焊接时的不均匀加热，近缝区的构件在加热和随后冷却过程中发生了塑性变形。

有以下几种情况：

（一）纵向焊接残余应力和变形

（二）横向焊接残余应力和变形

（三）弯曲变形

（四）角变形

（五）波浪变形

（六）扭曲变形

6、减少与消除残余应力和措施：

（１）选择合理的装配和焊接程序

（2）反变形法

（3）刚性固定法

（4）散热法

（5）机械矫正法

（6）预热法

（7）回火法

第七章:（选择题）

第八章：

1、公式不用记，下面那句话很重要

2、

3、滑移和孪生的区别联系

宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；

微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动；都不会改变晶体结构；

从机制上看，都是位错运动结果。

滑移不改变晶体的位向，孪生改变了晶体位向；

滑移是全位错运动的结果，而孪生是不全位错运动的结果；

滑移是不均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程；

滑移比较平缓，孪生则呈锯齿状；

两者发生的条件不同，孪生所需临界分切应力值远大于滑移。因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变；

滑移产生的切变较大（取决于晶体的塑性），而孪生切变较小，取决于晶体结构。4、

晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。晶粒越多，变形均匀性提高，由应力集中导致的开裂机会减少，可承受更大的变形量，表现出高塑性。

细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易萌生，晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较多能量，表现高韧性。

5、晶界位错

一、晶界减少了晶格位错（分解晶界位错）

二、晶界位错的增殖

三、晶界位错的三重点积聚和相邻界面传播

四、从晶界发生的晶格位错

五、横切晶界的塑性变形

6、晶界破坏（作为大题，各要点要展开）

1. 组织影响：考虑尖端部位堆积使尖端塑性变形发生变化

2．金属组合：

三原则：

①母材与低熔点金属的固溶度大时难引起脆化；

②母材与液态金属间有金属化合物形成时难引起脆化；

③母材与低熔点金属阴离子不同时难引起脆化。

这类组合最根本的是母材与金属的浸润性。

3 ．温度影响（课本400页）

液态金属脆性由温度范围决定，是它的一个显著特征。

4. 应力影响（具体在课本400页）

液态金属脆化在内应力存在的条件下发生。

液态金属脆化过程：一、潜伏期。二、传播期。三、最终破坏。

5. 变形速率的影响

6 ．晶界结构的影响

7 ．叠加效果

7、金属陶瓷结合方式

金属·陶瓷接合可分为两类，第一是把金属与陶瓷直接压在一起加热使其一体化固相接合，第二是用适当组成的金属箔夹在中间焊接，使其一体化液相接合。不论接合时有无溶液生成，接合界面的组织都发生了巨大变化。

8、减少界面热应力的方法

9、材料物性中晶格变形的非线性成分

在晶体中晶格变形的非线性成分除热活性过程外，依赖于原子周期混乱度，即存在广义的晶格缺陷。它可分为：

①依赖于晶格的原子位错；

②依赖于晶格变形的局部电荷移动。

第九章：

1、超晶格的分类

超晶格就是指由两种（或两种以上）组分（或导电类型）不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。

分类：1、组分超晶格2.掺杂超晶格3.应变超晶格4.多维超晶格

2、晶面结构模型

1、晶格点一致

2 ．面相同

3 ．稠密面界面

3、纳米材料所具备的基本效应：

1.尺寸效应

晶体周期性的边界条件遭破坏，颗粒表面层附近原子密度减小，从而导致声、光、电磁、热力学等特性呈现新的小尺寸效应。

2.量子效应

费米能级附件的电子能级由准连续变为离散能级的现象。

3.界面效应

纳米材料由于大量的原子存在于晶界和局部的原子结构不同于大块晶体材料，使纳米材料的自由能增加，纳米材料处于不稳定状态。

4、纳米晶体的制作方法（小题）

液相法制备纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒。Solution-based method

液相法具有设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，主要用于氧化物系超微粉的制备。

液相法包括沉淀法，水解法，水热法，喷雾法，乳液法，溶胶-凝胶法，其中应用最广的是沉淀法、溶胶-凝胶法。

沉淀法precipitation method

沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-，CO32-等)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子除去，经热分解或脱水即得到所需的化合物粉料。

分类：沉淀法包括共沉淀法、均相沉淀法、金属醇盐水解法等。

5、焊接机理

三个阶段完成了焊接过程。

第一阶段．接触的局部

有很大变形，即使其周围有非接触表面，却因接合面相连接而发生高速度的扩散反应，它控制了焊接。

第二阶段．形成缺陷未接合部．因形成了接合界面．界面扩散使缺陷收缩。

第三阶段.伴随着缺陷的收缩和消减．界面移动开始，旧接合界面卷入母相中．在母相中留下的缺陷收缩体因体积扩散受到控制而停止变化，所残存的各种缺陷体积直接影响到焊接强度。

第九章（老师复印的）：

1、固体表面的特点

1．固体表面分子（原子）移动困难，只能靠吸附来降低表面能。

2．固体表面是不均匀的，不同类型的原子的化学行为、吸附热、催化活性和表面态能级的分布都是不均匀的。

3．固体表面层的组成与体相内部组成不同

2、吸附的两种方式：

吸附的种类包括物理吸附和化学吸附。

物理吸附：吸附质靠它与吸附剂之间的物理力相互作用而吸附于吸附剂上的现象

化学吸附：吸附质是靠它与吸附剂表面上吸附中心的剩余自由价相互作用形成一定程度的化学键而吸附于吸附剂上，这种现象就为化学吸附。

3、化学吸附产生的原因

固体表面上的原子或离子与内部不同，它们还有空余的成键能力或存在着剩余的价力，可以与吸附物分子形成化学键。

4、吸附物与基体的反应

1、离子结合

吸附组元将在表面原子势场的作用下发生离解和电离，并从基体导带中俘获电子或从价带中俘获空穴(也可能是注入电子到基体的导带中或者注入空穴到基体的价带中）。这是，其作用的是离子键；它将吸附离子束缚在固体表面上，但未生成局域化学键。

2、局域化学键

在吸附组元和一个或几个表面原子之间可形成局域化学键，而不发生电荷转移。

3、形成新相

如果金属表面的吸附质与表面原子之间的电负性相差很大，化学亲和力很强时，吸附结果不仅可以在金属表面形成具有强吸附键的化学吸附态，而且有可能形成表面化合物，或者说形成新相。其最明显的例子就是金属氧化

5、荷能粒子和固体表面的交互作用（大题的话自行展开）

1、气体脱附

脱附是指吸附粒子由于吸附键断裂而离开表面

2、激活表面迁移

3、形成缺陷

4、表面俘获

5、溅射

6、注入和原子混合

离子注入：离子束把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射；而当离子束射到固体材料时，从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射；另外有一种现象是，离子束射到固体材料以后，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，这一现象就叫做离子注入。离子注入可分为半导体离子注入（掺杂）、材料改性注入（金属离子注入）和新材料合成注入。

第十一章：

1、复合材料界面

1.界面理论研究：润湿理论、化学键理论、吸附理论、静电作用理论、扩散理论、形变理论等；

2.界面改性技术：对增强体或基体的表面改性技术、基体材料的表面接枝；防水、防雾、硬化等表面的加工技术；

3.材料的复合方式和加工条件对界面形成的影响；

4.界面改性剂、偶联剂的研制与应用：硅烷类、钛酸脂类，新型偶联剂的开发；

5.界面层的组成、结构以及形态与复合材料的关系：在复合材料界面研究中占相当大的比例，如界面层的设计与控制、界面结晶、界面脱粘等；

6.界面层及其性能表征和相关参数测试技术.

2、复合材料界面的5种效应

[1]传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用。

[2]阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、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、耐热性和磁场尺寸稳定性等。

[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、耐机械冲击性等。

[5]诱导效应：一种物质（增强剂）的表面结构使另一种（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，如强弹性、低膨胀性、耐热性和冲击性等。

3、界面的控制方法

一、改变强化材料表面的性质；

二、向基体添加特定的元素

三、强化材料的表面处理

4、

5、

6、纳米复合陶瓷的作用机制

1、显微结构

（1）晶粒细化

在微米级陶瓷基体中加入纳米颗粒可以抑制基体晶粒的长大。

（2）微米晶粒的潜在纳米化效应

亚晶界或微裂纹的存在时晶体晶粒处于一种潜在分化状态，即“纳米化效应”。

（3）纳米颗粒对基体晶粒形状的影响

对某些纳米复合陶瓷，纳米颗粒的存在促使基体晶粒呈细长的棒状生长，可使裂纹偏转和裂纹桥接机理发挥作用，增加裂纹路径，吸收更多的能量，从而提高材料韧性

2、晶内韧化机理

3、晶间强韧化机理

7、金属基复合材料按基体分类

(1)铝基复合材料

(2)镍基复合材料

(3)钛基复合材料

8、金属基复合材料按增强体分类

(1)颗粒增强复合材料

(2)层状复合材料

(3)纤维增强复合材料