Поверхневі фіз-хім процеси

1. Основні поняття і особливості стану поверхні твердого тіла, суть поверхневих перекручквань

Поверхностные явления- это совокупность явлений, связанных с особыми свойствами соприкосающихся тел. Поверхностные явления обусловлены: наличием поверхностной энергии, структурой и составом поверхностных слоёв.

Любая поверхностная обработка твёрдого материала (строгание, резка…) приводит к возникновению свежей поверхности, которая отличается неравновесным состоянием. Переход этой поверхности в равновесное состояние в естественных условиях окружающей среды сопровождается различными процессами адсорбции газов, паров, жидкостей; окислением, образованием различных твёрдых плёнок, диффузионным проникновением в приповерхностный слой и объём подложки различных элементов. На эти явления при эксплуатации или длительном хранении показывают влияние внешние факторы: свет, тепло, излучения, магнитные и электрические поля, которые ускоряют или замедляют указанный процесс. В условиях сварки, наплавки, напыления состояние внешних поверхностей определяет развитие процессов эмиссии электронов, ионов, нейтральных частиц. В свою очередь это сказывается на проплавлении, кристаллизации, характер деформирования металлов.

Для поверхности характерно проявление ряда признаков, в том числе и её структурные искажения. Характерной особенностью поверхностного искажения является резкая локализация атомов у поверхности, а так же наличие взаимодействия атомов на поверхности с атомами внутри. В зависимости от величины и характеров искажения поверхности делятся на смещённые и перекрученные. Атомы смещённых поверхностей сдвинуты на небольшое расстояние, связи между ними не нарушаются и остаются такими же, как и в объёме твёрдого тела. Атомы на перестроенной поверхности не находятся в положениях соответствующих равновесным позициям в решётке данного кристалла. При этом связи характерны для объёма кристалла могут быть нарушены и замененны специфически поверхностными связями. Любой атом, расположенный в объёме твёрдого тела подвергается симметричному воздействию сил со стороны других окружающих атомов. Основным структурным признаком поверхности, а так же её специфическим свойствам нарушением такой симметрии атом на поверхности имеет меньшее при объёме число ближайших соседей и все они расположены по одну сторону. Потери симметрии частично компенсируются искажением упаковки атомом вблизи поверхности твёрдого тела по сравнению его с объёмом. Однако полного восстановления не происходит и поверхность представляет собой особую неравновесную область твёрдого тела, глубина которой составляет некоторое количество параметров решётки. Смещения характерны для приповерхностного слоя, обычно затрагивают 5-6 атомных слоёв, прилегающих к поверхности.

2 Поняття фізичної і хімічної неоднорідності поверхні твердого тіла.

Неидеальный кристалл отличается от идеального различного рода отклонениями, наличием точечных и линейных дефектов. Точечные дефекты могут возникать в результате диффузии атомов из объёма на поверхность кристалла. В этом случае образуются свободнве узловые объёмы – вакансии.

Идеальный кристалл можно представить в виде бесканечной трёхпарной системы точек. Для однородности такой системы необходимо чтобы элемент ячейки пространственной решётки были расположены строго упорядочено. Неидеальный кристалл отличается отклонениями различного рода от точной периодичности идеального тела. Отклонения заключаются в наличие дефектов.

Повнрхностная деформация представляет собой искажение структуры на поверхностях раздела между фазами, между кристаллитами и между элементами субструктуры внутри кристалита.

В зависимости от характера контакта фаз (твёрдая, жидкая, парообразная) искажение существенно зависит как от сочетания агрегатного состояния фаз, так и от их структурного соответствия.

Вещества и материалы содержат чужеродные атомы, которые играют роль химического дефекта. Элемент, присутствующий в металле в небольшом количестве влияет на состояние поверхности и её энергию. Велика роль химических дефектов в процессах окисления металлов. На тщательно очищенной поверхности металла скорость возникновения мономолекулярного слоя жирной кислоты очень велика. Жирная кислота влияет на протекание реакции и затрудняет технологические процессы.