金屬界面理論與應用

第1章界面熱力學 1
1.1界面能及其與體系熱力學參數(shù)的關系 1
1.2界面區(qū)的物質(zhì)特性 4
1.2.1吉布斯界面熱力學方法 4
1.2.2吉布斯吸附方程及表面張力方程 4
1.2.3表面張力與溫度的關系 5
1.3界面曲率對兩相平衡體系物理參量的影響 6
1.3.1界面曲率對力學平衡條件的影響 6
1.3.2界面曲率對兩相平衡體系物理參量的影響 7
1.4合金在平衡條件下的界面及顯微組織 9
1.4.1單相合金的界面及組織 9
1.4.2復相合金的界面及組織 10
1.4.3三相界面交界處的界面張力平衡 13
1.5界面能各向異性對晶體形貌和顯微組織的影響 14
1.5.1γ 能極圖和Wulff 結構 14
1.5.2界面的刻面化和界面的轉(zhuǎn)動 15
1.5.3基體中第二相的平衡形貌 17
1.5.4Wulff 法則 18
1.5.5溫度對平衡形狀Wulff 結構的影響 19
1.6小尺度材料表面誘發(fā)的尺寸效應 20
1.6.1鏡像力 20
1.6.2金屬材料外在尺寸效應的微觀機理 21
1.6.3延緩或改善材料外在尺寸效應的方法 23
1.7界面熱力學模型及其應用 24
思考題 28
參考文獻 29
第2章界面結構 32
2.1晶界研究的歷史回顧 32
2.2任意晶界的宏觀幾何自由度 33
2.3小角晶界 33
2.3.1描述小角晶界位錯分布的Bilby-Frank公式 34
2.3.2描述小角晶界位錯分布的方程及其應用 35
2.3.3小角晶界能 44
2.3.4小角晶界對高溫單晶合金力學性能的影響 45
2.4大角晶界 45
2.4.1晶體學幾何模型 45
2.4.2O點陣方程的特例——Frank公式 50
2.4.3大角晶界結構的描述 51
2.4.4晶界位錯的模擬及實驗觀察結果 55
2.4.5溶質(zhì)原子在晶界上的偏聚方式 58
2.4.6大角晶界能 59
2.4.7小尺度材料晶界結構的尺寸效應 60
2.4.8晶界對塑性變形的貢獻 61
2.5孿晶界面 62
2.5.1孿生的晶體學 63
2.5.2孿生時的原子移動 64
2.5.3多級孿晶的形成與演化 67
2.5.4孿生動力學與位錯——孿晶轉(zhuǎn)變的尺寸依賴性 69
2.5.5納米孿晶材料的強韌化 73
2.6堆垛層錯 74
2.6.1擴展位錯及影響擴展位錯寬度的因素 74
2.6.2堆垛層錯能對位錯滑移方式的影響 74
2.7反相疇界 76
2.7.1反相疇結構 76
2.7.2合金中的短程有序?qū)ξ诲e滑移方式的影響 77
2.7.3合金中的短程有序?qū)αW性能的影響 77
2.8相界面 81
2.8.1相界面結構 81
2.8.2相界面的結合模型 82
2.8.3相界面位錯觀察 87
思考題 88
參考文獻 89
第3章界面的電子狀態(tài) 91
3.1表面電子態(tài) 91
3.1.1表面電子態(tài)的產(chǎn)生及其特征 91
3.1.2表面電子態(tài)的經(jīng)典模型及理論計算 92
3.1.3固體表面的結構 95
3.1.4局域態(tài)密度 96
3.1.5清潔表面的電子結構 97
3.1.6表面空間電荷層的形成及表面能帶的彎曲 98
3.2金屬-半導體界面態(tài) 99
3.2.1導體、絕緣體和半導體能帶結構的區(qū)別 100
3.2.2肖特基勢壘 100
3.2.3Bardeen 模型 102
3.2.4金屬誘生能隙態(tài) 102
3.2.5金屬覆蓋率對肖特基勢壘的影響 104
3.2.6外加電壓對肖特基勢壘的影響 104
3.2.7金屬-半導體接觸的電流輸運機制 105
3.2.8金屬-半導體接觸的電學特性表征與測量 106
3.2.9Si 的肖特基勢壘 107
3.2.10金屬-半導體界面的原子結構 107
3.3金屬-絕緣體-半導體界面態(tài) 108
3.3.1SiO2-Si 結構中的電荷和陷阱 109
3.3.2空間電荷層及表面勢 110
3.3.3表面電荷隨表面勢的變化 111
思考題 114
參考文獻 115
第4章界面擴散 116
4.1擴散的基本方程和機理 116
4.1.1擴散的基本方程 116
4.1.2擴散機理 117
4.2表面擴散 119
4.2.1表面擴散的主要特征和種類 119
4.2.2表面擴散系數(shù)方程 120
4.3晶界擴散 123
4.3.1晶界擴散的板片模型 123
4.3.2晶界擴散的管道模型 127
4.4晶界的運動 128
4.4.1晶界的滑動 128
4.4.2晶界的移動 130
4.4.3溶質(zhì)對晶界運動的影響 133
4.5界面擴散的測量技術 136
4.6界面擴散的應用實例 138
思考題 143
參考文獻 144  
第5章界面形核與長大 145
5.1相變驅(qū)動力與形核驅(qū)動力 145
5.1.1相變驅(qū)動力 145
5.1.2形核驅(qū)動力 146
5.2界面的擴散形核 147
5.2.1均勻形核 147
5.2.2非均勻形核 149
5.3新相長大 156
5.3.1界面過程控制的新相長大 156
5.3.2長程擴散控制的新相長大 160
5.3.3析出相的聚集（粗化）  161
5.4界面形核與長大的應用實例 163
思考題 168
參考文獻 168
第6章金屬界面工程及應用 169
6.1晶界工程 169
6.1.1晶界工程的定義 170
6.1.2晶界工程的分類 170
6.1.3基于退火孿晶的晶界工程及應用 171
6.1.4基于織構的晶界工程及應用 192
6.1.5基于原位自協(xié)調(diào)的晶界工程及應用 192
6.1.6基于合金化改善晶界特性的晶界工程及應用 193
6.1.7其它類型的晶界工程及應用 195
6.2相界面及應用 199
6.2.1相界面分類 199
6.2.2鎂合金相界面應用 199
6.2.3鎳基高溫合金相界面應用 202
6.3金屬基復合材料界面及應用 203
6.3.1金屬基復合材料界面類型 204
6.3.2金屬基復合材料界面結合形式 204
6.3.3金屬基復合材料界面反應 205
6.3.4金屬基復合材料界面工程應用 206
6.4納米層狀金屬材料界面及應用 209
6.4.1納米層狀金屬材料強化能力 210
6.4.2層狀金屬材料塑性變形能力 213
思考題 216
參考文獻 217
附錄Ⅰ 蒸汽相飽和蒸汽壓與界面曲率半徑的關系 224
附錄Ⅱ 溶質(zhì)飽和濃度與界面曲率半徑的關系 226
附錄Ⅲ 立方晶系一些不同Σ 值的CSL轉(zhuǎn)換矩陣 228