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高等摩擦学读书报告
姓名：段留洋 学号：201410100179
表面科学或者界面科学的研究对象都是物质体系中由一相向着另一相转变的空间区域。通常表面与界面的概念难以明确区分，严格的定义应该是：表面是一个凝聚相（固相或者液相）与一个气相或者真空构成的空间区域；而界面则是两个凝聚相（固相与固相、固相与液相、液相与液相）之间的空间区域。由此可知，在西安市中存在的绝大多数表面通常都是固体或者液体与气体构成的界面，它是一种特定的界面，这样界可以采用界面一词来统称界面和表面。
界面世界上是具有一定厚度的空间区域，即界面层。整个体系的固有性能在界面层中由一相按一定规律转变成另一相，所以界面层是固有性能变化的过度区。它的结构和性能都很复杂，而且依照空间位置的不同而变化。界面稳定存在的必要条件是需要具有一定数量的界面自由能，通过外界对它做功输入能量就可以使界面扩大，反之，如果界面不具有一定数量的自由能，就不可能有稳定的界面存在。
事实上，摩擦学属于表面科学范畴，只是研究对象聚局限于研究摩擦表面之间发生的现象、变化、损伤机理和控制。通常所说的摩擦表面是由两个固体表面沿切向相对滑动所构成的界面。如果研究的界面的构成物质不限于两个固体而相对运动也不限于切向滑动，那么摩擦学的研究领域就扩展到了界面科学与技术的研究领域。 1固体表面 1.1固体表面形貌
从宏观上看光滑且平整的表面，在显微镜下观察却显示出由许多不规则的微凸峰和凹谷所组成。表面几何特征对混合润滑和干摩擦状态下的摩擦、磨损和润滑有着决定性影响。
表面的宏观几何形状误差又称为表面形状偏差，主要用不直度和不平度表示，波距大于10mm。中间几何形状误差称为表面波纹度，是一种较宏观几何形状误差范围更小的误差，用波纹度表示，波距在1~10mm之间。表面围观几何形状误差称为表面粗糙度，波距小于1mm。一般来说，表面粗糙度是影响摩擦性能最重要的表现几何形状特征。
表面粗糙度可根据表示方法不同分为一维、二维和三维的表面形貌参数。一维形貌通常用轮廓曲线的高度参数表示，可分为轮廓算数平均偏差或中心线
平均值Ra、轮廓均方根偏差或均方根值Rq、最大峰谷间距Rmax、中线截距平均值Sm。
1.2固体表面结构
固体为多晶体，其原子排列的周期性，在垂直由于表面的方向上突然中断，临近的原子所受内外部的力失去平衡，因此需要通过自给作用达到新的平衡，这使得表层原子的键长和键角均与体内不同，一般表现为表层原子沿垂直于表面的方向产生一定位移，位移可向外（膨胀），也可向内（收缩），此称为表面弛豫。表面区中不同原子层的弛豫程度不同。表层内原子新的平衡位置也可表现为沿表面产生了横向移动，而且其二维周期性也与体内不同，此称为表面重构。表面区内还可能存在各种缺陷，例如空位、填隙原子、阶梯、畴界等各种偏离二维周期性的结构。来自环境的外来原子或分子由于物理作用和化学作用粘附于固体表面的过程称为吸附，吸附物可在固体便面形成无序或有序的覆盖层。 1.3固体接触
当两个摩擦表面接触时，由于表面粗糙度的存在，实际接触只发生占表观面积的极小部分上。实际接触面积的大小和分布对于摩擦磨损起着决定性影响。固体材料受载后，不是发生弹性变形就是发生塑性变形。弹性变形的特点是应力与应变的关系是确定的，因而变形是可逆的；而塑性变形时，应力与应变关系比较复杂，卸载后扔存在一定残余变形。实际上，接触状态大多数是出于弹塑性变形的混合状态，有时表现为先弹性后塑性，有时则表现为这一部分虽然处于弹性变形状态，另一部分却已达到塑性变形状态了。硬度相近的固体相互接触，与硬度差别很大的固体相互接触的情况完全不同。金属与塑料相接触，塑料的硬度比金属低很多，变形基本只发生在塑料表面上。 1.4固体表面的基本特征
固体表面上的原子受力是不对称的。固体表面的不均一性主要表现在： 1从微-纳米或原子尺度上看，实际固体表面是凹凸不平的。
2绝大多数晶体是各向异性的，因此固体表面在不同方位上也是各向异性的。
3同种固体的表面性质会发生与植被或加工过程密切相关的变化。 4晶体中晶格缺陷如空位或位错等会再表面存在并引起表面性质的变化。
5固体暴露在空气中，表面被外来物污染，被吸附的外来原子可占据不同的表面位置，形成有序或无序排列。
晶体中每个质点周围都存在一个力场。在晶体内部，这个力场可以认为是有心得、对称的；但在固体表面，指点排列的周期性被中断，使处于表面上的质点力场对称性破坏，产生有指向性的剩余力场，这种剩余力场表现出固体表面对其他物质有吸附作用，这种作用力称为固体表面力。表面力可分为化学力和范德华力。
化学力的本质是静电力。主要来自表面质点的不饱和键，当固体表面质点和被吸附物间发生电子转移时，就产生化学力。它可用表面能的数值来估计，表面能与晶格能成正比，而与吸附物体积成反比。
范德华力是分子引力，来源分为三种：
1静电力：主要发生在极性物质之间，相邻两个极化电炬因极性不同而发生的作用力。
2诱导力：发生在极性物质与非极性物质之间。诱导是指在极性物质作用下，非极性物质被极化诱导出暂态的极化电炬，随后与极性物质产生定向作用。
3色散力：主要发生在非极性物质之间。非极性物质是指其核外电子云呈球形而不显示永久的偶极炬。但就电子在绕核运动的某一瞬间，在空间各个位置上，电子分布并非严格对称，这样就呈现出瞬间的极化电炬。许多瞬间极化电炬之间以及它对相邻物质的诱导作用都会引起相互作用，这成为色散力。
固体的表面能是指通过向表面增加附加原子，从而在新表面形成时所做的功。表面张力是沿表面作用在单位长度上的力。对于一般的表面系统，如果没有外力作用，其系统的总表面能将自发趋向于最低化。由于表面张力或表面能反应的是物质质点间的引力作用，因此随温度的升高，表面能一般为减小。这是因为热运动削弱了质点间的引力。 1.5固体表面重构
任何表面都有自发降低表面能的趋势。在表面张力的作用下，液体是以形成球形表面来降低表面能的，而固体由于质点不能自由流动，只能借助离子重排、变形、极化并引起晶格畸变来降低表面能。