表面科学工程-无机非金属表面课件.pptVIP

无机非金属材料的表界面 陶瓷表面 表面结构 表面特征与行为 表界面对陶瓷性能的影响 玻璃表界面 表界面结构 玻璃表、界面的化学组成与化学反应 玻璃表界面的性能及其改进 玻璃表界面的表征 非金属元素在周期表中的位置 非金属元素特征 由于非金属元素的原子最外层中可以成键的价电子数多，具有多种氧化态。 非金属元素的成键特征是：一方面能形成离子键；另一方面(也是主要的一方面)能形成共价键。这是由非金属元素原于的外层电子构型、原子半径和元素的电负性所决定的。 一、陶瓷表面 表界面结构 表面特征与行为 表界面对陶瓷性能的影响 表界面结构 表面弛豫 表面重构 晶界 相界 表界面结构 （a）弛豫 （b） 重构 （c）偏析 （d）台阶 晶 界 大、小角度晶界 相 界 非共格相界 共格相界 准共格相界 金属与NaCl小角度晶界刃型位错比较 晶界构形 （1）固-固-气 （2）固-固-液 （3）固-固-固——杂质在陶瓷晶界的分布 不同两面角下第二相分布 φ=0 φ=135 陶瓷是一种多晶或微晶体系。陶瓷的晶界要比金属和合金的晶界宽，结构和成分都非常复杂： 陶瓷主要由带电单元，以离子键为主体构成，带电单元影响晶界的稳定性。 陶瓷中的少量杂质对晶粒尺寸和晶界性质起确定性影响。 陶瓷表面特征与行为 晶界应力 晶界电位及空间电荷 晶界应力—— 表界面对陶瓷性能的影响 PTC热敏电阻陶瓷 电阻率随温度变化的材料，分为四大类： 负温度系数，正温度系数，临界热敏，线性热敏；主要通过掺杂实现；用于定温加热器，延时开关，马达启动器等。 气敏陶瓷 分为半导体式，固体电解质式 利用表面气体吸附导致电导率变化； 压敏陶瓷 通过电压变化导致电阻率的变化。主要有：ZnO压敏，SiC压敏，硅压敏，锗压敏；用于电力系统，电器过压保护及高压稳压等。 ZnO晶界能带图 二、玻璃表界面 表界面结构 玻璃表、界面的化学组成与化学反应 玻璃表界面的性能及其改进 玻璃表界面的表征 玻璃表界面结构 玻璃新表面上存在不饱和键，能吸附大气中的水；并和水反应形成各种羧基团。 SiO2和石英断裂表面形成等量的 E（过剩氧）单元， D （不足氧单元）单元。 （a）石英晶体断裂表面结构 （b）石英玻璃断裂表面结构 表界面结构 亚表面层（10-4~10-5 cm）特点： （1）几何表面熵值梯度变化； （2）亚表面缺陷多，具有微多孔性； （3）亚表面不对称，造成热振动非谐性。 据此可解释表层流变、、裂纹、离子交换等现象。 陶瓷的亚表面层结构 玻璃表、界面的化学组成与化学反应 玻璃表面的化学组成 由于挥发、富集等因素，使成分随深度而变化。 玻璃表、界面的化学反应 包括：玻璃表面与水、酸、碱以及气体的反应。 硅酸盐玻璃表面受浸蚀后有五种类型状态： 玻璃表面化学反应：五种类型 · 玻璃表面与水反应 例如：100~300℃与水蒸气作用： · 玻璃表面与酸反应： 例如：钠钙硅盐玻璃受酸浸蚀时： · 玻璃表面的风化 玻璃与大气的作用称风化，出现雾状薄膜或点线状模糊物，甚至彩虹，白霜，粘片现象；玻璃风化又称霉变。 风化过程： 吸附大气中的水——与水反应——对玻璃浸蚀——随时间浸蚀加重 玻璃表界面的性能及其改进 玻璃表界面的性能 （1）光学特性 平整度与光波长度关系 （2）电学性质 碱离子进入水膜，使玻璃表面导电率升高。影响因素： 环境温度与湿度 玻璃化学稳定性 玻璃表面状态 （3）力学性能 · 玻璃表面的改性 玻璃表面涂膜改性 减反膜，导电膜，玻璃表面强化 离子注入玻璃表面改性 离子注入对折射率，硬度造成影响。 陶瓷层涂敷工艺 涂装方法——刷涂、滚涂、刮涂、浸涂、淋涂、空气喷涂等； 搪瓷用瓷釉是化学成分较复杂的硅酸盐玻璃，化学成分不同其性能有较大差异。一般瓷釉主要由四类氧化物组成： 搪瓷涂层 搪瓷是将玻璃质瓷釉涂敷在金属底材表面，经过高温烧结而成．在整体上有金属的力学强度，表面有玻璃的各种特性。 搪瓷的分类 按金属底材分类．有钢板搪瓷、铸铁搪瓷、铝搪瓷和耐热合金搪瓷等， 按瓷釉组成结构和性能分类有：锑白搪瓷、钛白搪瓷、微晶搪瓷、耐酸搪瓷和高温搪瓷等； 按用途分类，有日用品搪瓷、艺术品搪瓷、建筑搪瓷、电子搪瓷、医用搪瓷等。 在飞机、汽车、船舶等的发动机的排气管、某些耐热器具和部件上应用。 高温合金