表面與界面PPT課件

1、4.1 4.1 固體的表面固體的表面4.2 4.2 界面行為界面行為4.3 4.3 晶界晶界4.4 4.4 粘土粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)水系統(tǒng)膠體化學(xué) 第四章第四章 表面與界面表面與界面2概述：概述： 晶體和玻璃體晶體和玻璃體：假定任一個原子或離子都：假定任一個原子或離子都處在處在三維無限三維無限連續(xù)的空間中，周圍對它作用完連續(xù)的空間中，周圍對它作用完全相同。全相同。 圖圖41鈉硅玻璃結(jié)構(gòu)鈉硅玻璃結(jié)構(gòu)圖圖42氯化鈉結(jié)構(gòu)氯化鈉結(jié)構(gòu)3 實(shí)際上實(shí)際上晶體和玻璃體：處于物體表面的質(zhì)點(diǎn)，其晶體和玻璃體：處于物體表面的質(zhì)點(diǎn)，其環(huán)境和環(huán)境和內(nèi)部是不同的，表面的質(zhì)點(diǎn)由于受力不均衡而內(nèi)部是不同的，表面的質(zhì)點(diǎn)由于受力不

2、均衡而處于較高的能階，所以導(dǎo)致材料呈現(xiàn)一系列特殊的性處于較高的能階，所以導(dǎo)致材料呈現(xiàn)一系列特殊的性質(zhì)。質(zhì)。 例如例如：石英的粉碎。：石英的粉碎。1kg1kg直徑為直徑為10102 2米變成米變成10109 9米米，表面積和表面能增加，表面積和表面能增加10107 7倍。倍。4 物理性質(zhì)物理性質(zhì)：熔點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、吸附、：熔點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、吸附、潤濕和燒結(jié)等潤濕和燒結(jié)等（微小晶體蒸汽壓增大、熔點(diǎn)下降、溶（微小晶體蒸汽壓增大、熔點(diǎn)下降、溶解度增加，表面上存在著吸附等現(xiàn)象）解度增加，表面上存在著吸附等現(xiàn)象） 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)活性、催化、固相反應(yīng)：化學(xué)活性、催化、固相反應(yīng) 等等（反應(yīng)能力

3、增強(qiáng)、存在表面化學(xué)反應(yīng)等）（反應(yīng)能力增強(qiáng)、存在表面化學(xué)反應(yīng)等） 5定義：定義： 表面表面: :一個相和它本身蒸汽或真空接觸的分界面。一個相和它本身蒸汽或真空接觸的分界面。 界面界面: :一相與另一相一相與另一相( (結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同) )接觸的分界面。接觸的分界面。4.1 4.1 固體的表面固體的表面一、固體的表面一、固體的表面二、固體表面的特征二、固體表面的特征三、固體表面結(jié)構(gòu)三、固體表面結(jié)構(gòu)四、固體的表面能四、固體的表面能6 液液氣界面氣界面 固固氣界面氣界面 液液液界面液界面 液液固界面固界面 固固固界面固界面 習(xí)慣上把液習(xí)慣上把液氣界面、固氣界面、固氣界面稱為液氣界面稱為液體表面和固體

4、表面。體表面和固體表面。 通常，界面是一個薄層；在極大數(shù)的情況通常，界面是一個薄層；在極大數(shù)的情況下，可以把界面視為一個二維的平面而忽略它下，可以把界面視為一個二維的平面而忽略它的厚度。的厚度。7a圖圖43 液液-液界面區(qū)液界面區(qū)b圖圖44固固-固界面區(qū)固界面區(qū)8 表面可以由一系列的物理化學(xué)數(shù)據(jù)來描表面可以由一系列的物理化學(xué)數(shù)據(jù)來描述。（表面積、表面組成、表面張力、表述。（表面積、表面組成、表面張力、表面自由能、熵、焓等）面自由能、熵、焓等） 表面與界面的組成和結(jié)構(gòu)對其性能有著表面與界面的組成和結(jié)構(gòu)對其性能有著重要的影響。重要的影響。 9一、固體的表面一、固體的表面n1.理想表面理想表面n2.

5、清潔表面清潔表面（1）臺階表面）臺階表面（2）弛豫表面）弛豫表面（3）重構(gòu)表面）重構(gòu)表面n3.吸附表面吸附表面n4. 表面偏析表面偏析n5. 表面力場表面力場 101、理想表面、理想表面沒有雜質(zhì)的單晶，作為零級近似可將清潔表面理沒有雜質(zhì)的單晶，作為零級近似可將清潔表面理想為一個理想表面。這是一種理論上的結(jié)構(gòu)完整的二想為一個理想表面。這是一種理論上的結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。維點(diǎn)陣平面。忽略了晶體內(nèi)部周期性勢場在晶體表面中斷的影忽略了晶體內(nèi)部周期性勢場在晶體表面中斷的影響，忽略了表面原子的熱運(yùn)動、熱擴(kuò)散和熱缺陷等，響，忽略了表面原子的熱運(yùn)動、熱擴(kuò)散和熱缺陷等，忽略了外界對表面的物理化學(xué)作用等。忽略

6、了外界對表面的物理化學(xué)作用等。這種理想表面作為半無限的晶體，體內(nèi)的原子的這種理想表面作為半無限的晶體，體內(nèi)的原子的位置及其結(jié)構(gòu)的周期性，與原來無限的晶體完全一樣位置及其結(jié)構(gòu)的周期性，與原來無限的晶體完全一樣(圖圖45理想表面結(jié)構(gòu)示意圖理想表面結(jié)構(gòu)示意圖)11d圖圖45理想表面結(jié)構(gòu)示意圖理想表面結(jié)構(gòu)示意圖122、清潔表面、清潔表面清潔表面是指不存在任何吸附、催化反應(yīng)、雜清潔表面是指不存在任何吸附、催化反應(yīng)、雜質(zhì)擴(kuò)散等物理化學(xué)效應(yīng)的表面。這種清潔表面的化質(zhì)擴(kuò)散等物理化學(xué)效應(yīng)的表面。這種清潔表面的化學(xué)組成與體內(nèi)相同，但周期結(jié)構(gòu)可以不同于體內(nèi)。學(xué)組成與體內(nèi)相同，但周期結(jié)構(gòu)可以不同于體內(nèi)。根據(jù)表面原子的

7、排列，清潔表面又可分為臺階表面根據(jù)表面原子的排列，清潔表面又可分為臺階表面、弛豫表面、重構(gòu)表面等。、弛豫表面、重構(gòu)表面等。13（1）臺階表面）臺階表面臺階表面不是一個平面，它是由有規(guī)則的或不臺階表面不是一個平面，它是由有規(guī)則的或不規(guī)則的臺階的表面所組成規(guī)則的臺階的表面所組成112111110(001)周期周期圖圖46有序原子臺階表面示意圖有序原子臺階表面示意圖14（2）弛豫表面弛豫表面由于固相的三維周期性在固體由于固相的三維周期性在固體表面處突然中斷，表面上原子產(chǎn)生的相對于正常表面處突然中斷，表面上原子產(chǎn)生的相對于正常位置的上、下位移，稱為表面弛豫。位置的上、下位移，稱為表面弛豫。d0圖圖47

8、弛豫表面示意圖弛豫表面示意圖15（3）重構(gòu)表面）重構(gòu)表面重構(gòu)是指表面原子層在水平方向上的周期性不重構(gòu)是指表面原子層在水平方向上的周期性不同于體內(nèi)，但垂直方向的層間距則與體內(nèi)相同。同于體內(nèi)，但垂直方向的層間距則與體內(nèi)相同。d0d0asa圖圖48重構(gòu)表面示意圖重構(gòu)表面示意圖163、吸附表面、吸附表面吸附表面有時也稱界面。它是在清潔表面吸附表面有時也稱界面。它是在清潔表面上有來自體內(nèi)擴(kuò)散到表面的雜質(zhì)和來自表面周上有來自體內(nèi)擴(kuò)散到表面的雜質(zhì)和來自表面周圍空間吸附在表面上的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的表面。圍空間吸附在表面上的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的表面。根據(jù)原子在基底上的吸附位置，一般可分根據(jù)原子在基底上的吸附位置，一般可分為四

9、種吸附情況，即頂吸附、橋吸附、填充吸為四種吸附情況，即頂吸附、橋吸附、填充吸附和中心吸附等。附和中心吸附等。174、表面偏析、表面偏析不論表面進(jìn)行多么嚴(yán)格的清潔處理，總有不論表面進(jìn)行多么嚴(yán)格的清潔處理，總有一些雜質(zhì)由體內(nèi)偏析到表面上來，從而使固一些雜質(zhì)由體內(nèi)偏析到表面上來，從而使固體表面組成與體內(nèi)不同，稱為表面偏析。體表面組成與體內(nèi)不同，稱為表面偏析。185、表面力場、表面力場固體表面上的吸引作用，是固體的表面力場固體表面上的吸引作用，是固體的表面力場和被吸引質(zhì)點(diǎn)的力場相互作用所產(chǎn)生的，這種相互和被吸引質(zhì)點(diǎn)的力場相互作用所產(chǎn)生的，這種相互作用力稱為固體表面力。作用力稱為固體表面力。依性質(zhì)不同，

10、表面力可分為：依性質(zhì)不同，表面力可分為：1）化學(xué)力）化學(xué)力2）分子引力）分子引力19（1）化學(xué)力：本質(zhì)上是靜電力）化學(xué)力：本質(zhì)上是靜電力當(dāng)固體吸附劑利用表面質(zhì)點(diǎn)的不飽和價鍵將吸附物吸附當(dāng)固體吸附劑利用表面質(zhì)點(diǎn)的不飽和價鍵將吸附物吸附到表面之后，吸附劑可能把它的電子完全給予吸附物，使吸到表面之后，吸附劑可能把它的電子完全給予吸附物，使吸附物變成負(fù)離子（如吸附于大多數(shù)金屬表面上的氧氣）；或附物變成負(fù)離子（如吸附于大多數(shù)金屬表面上的氧氣）；或吸附物把其電子完全給予吸附劑，而變成吸附在固體表面上吸附物把其電子完全給予吸附劑，而變成吸附在固體表面上的正離子（如吸附在鎢上的鈉蒸氣）。的正離子（如吸附在鎢上

11、的鈉蒸氣）。202）分子引力，也稱范德華）分子引力，也稱范德華(vanderwalls)力，一力，一般是指固體表面與被吸附質(zhì)點(diǎn)（例如氣體分子）般是指固體表面與被吸附質(zhì)點(diǎn)（例如氣體分子）之間相互作用力。之間相互作用力。主要來源于三種不同效應(yīng)：主要來源于三種不同效應(yīng)：1）定向作用定向作用2）誘導(dǎo)作用誘導(dǎo)作用3）分散作用分散作用21二、固體表面的特征二、固體表面的特征 1. 固體表面的不均勻性固體表面的不均勻性，表現(xiàn)在：表現(xiàn)在： (1) 絕大多數(shù)晶體是各向異性絕大多數(shù)晶體是各向異性 (2)同一種物質(zhì)制備和加工條件不同也會有不同同一種物質(zhì)制備和加工條件不同也會有不同 的表面性質(zhì)。的表面性質(zhì)。 (3)晶

12、格缺陷、空位或位錯而造成表面不均勻。晶格缺陷、空位或位錯而造成表面不均勻。 (4)在空氣中暴露，表面被外來物質(zhì)所污染，形在空氣中暴露，表面被外來物質(zhì)所污染，形 成有序或無序排列，也引起表面不均勻。成有序或無序排列，也引起表面不均勻。 (5) 固體表面無論怎么光滑，從原子尺寸衡量，固體表面無論怎么光滑，從原子尺寸衡量， 實(shí)際上也是凹凸不平的。實(shí)際上也是凹凸不平的。2223三、固體表面結(jié)構(gòu)三、固體表面結(jié)構(gòu)1、晶體表面結(jié)構(gòu)、晶體表面結(jié)構(gòu)2、粉體表面結(jié)構(gòu)、粉體表面結(jié)構(gòu)3、玻璃表面結(jié)構(gòu)、玻璃表面結(jié)構(gòu)4、固體表面的幾何結(jié)構(gòu)、固體表面的幾何結(jié)構(gòu) 1. 1. 離子晶體表面離子晶體表面: : 超細(xì)結(jié)構(gòu)超細(xì)結(jié)構(gòu)(

13、 (微觀質(zhì)點(diǎn)排列微觀質(zhì)點(diǎn)排列) ) 顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)( (表面幾何狀態(tài)表面幾何狀態(tài)) )24表面力的作用表面力的作用： 液體液體: : 總是力圖形成球形表面來降低系統(tǒng)的表總是力圖形成球形表面來降低系統(tǒng)的表面能。面能。 固體固體: : 使固體表面層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異。使固體表面層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異。 離子晶體（）在表面張力的作用下，離離子晶體（）在表面張力的作用下，離子的極化與重排過程如圖所示。子的極化與重排過程如圖所示。25離子極化離子極化：離子在外電場的作用下：離子在外電場的作用下 所發(fā)生的變形。所發(fā)生的變形。包括兩個方面：包括兩個方面：極化力、極化率極化力、極化率 未極化未極化 已極化已極

14、化26表面能減少表面能減少圖圖 49 離子晶體表面的電子云變形和離子晶體表面的電子云變形和離子重排離子重排 （ 1） 離子晶體離子晶體mx在表面力作用下，處在表面力作用下，處于表面層的負(fù)離子于表面層的負(fù)離子x在外側(cè)不飽和，在外側(cè)不飽和，負(fù)離負(fù)離子極化率大，通過電子極化率大，通過電子云拉向內(nèi)側(cè)正離子子云拉向內(nèi)側(cè)正離子一方的極化變形來降一方的極化變形來降低表面能。低表面能。這一過程這一過程稱為稱為松弛松弛，它是瞬間，它是瞬間完成的，接著發(fā)生離完成的，接著發(fā)生離子重排。子重排。 nacl晶體晶體27（2） 從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)定性從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)定性考慮作用力較大，極化率考慮作用力較大，極化率小的正離子應(yīng)處于穩(wěn)

15、定的小的正離子應(yīng)處于穩(wěn)定的晶格位置而易極化的負(fù)離晶格位置而易極化的負(fù)離子受誘導(dǎo)極化偶極子排斥子受誘導(dǎo)極化偶極子排斥而推向外側(cè)，從而而推向外側(cè)，從而形成表形成表面雙電層面雙電層。重排結(jié)果重排結(jié)果使晶使晶體表面能量趨于穩(wěn)定。體表面能量趨于穩(wěn)定。表面能減少表面能減少圖圖410 離子晶體表面的電子云變形和離子晶體表面的電子云變形和離子重排離子重排28在在nacl晶體中，陽離子從（晶體中，陽離子從（100） 面縮進(jìn)去，面縮進(jìn)去，在表面層中形成一個在表面層中形成一個 0.02nm厚度的雙電層厚度的雙電層0.286nm0.02nm29（3） nacl形成形成雙電層厚度雙電層厚度為為0.02nm。 （4）當(dāng)表

16、面形成雙電層后，它將向內(nèi)層發(fā)生作）當(dāng)表面形成雙電層后，它將向內(nèi)層發(fā)生作 用，并引起內(nèi)層離子的極化和重排。用，并引起內(nèi)層離子的極化和重排。 （5）離子極化性能愈大，雙電層愈厚。）離子極化性能愈大，雙電層愈厚。 應(yīng)用：應(yīng)用： 硅酸鹽材料生產(chǎn)中，通常把原料破碎研磨硅酸鹽材料生產(chǎn)中，通常把原料破碎研磨成微細(xì)粒子成微細(xì)粒子(粉體粉體)以便于成型和高溫?zé)Y(jié)。（粉料團(tuán)以便于成型和高溫?zé)Y(jié)。（粉料團(tuán)聚）聚）302 2、粉體表面結(jié)構(gòu)、粉體表面結(jié)構(gòu)一種認(rèn)為粉體表面層是無定形結(jié)構(gòu)一種認(rèn)為粉體表面層是無定形結(jié)構(gòu) 一種認(rèn)為粉體表面層是粒度極小的微晶結(jié)構(gòu)一種認(rèn)為粉體表面層是粒度極小的微晶結(jié)構(gòu)313、玻璃表面結(jié)構(gòu)、玻璃表面

17、結(jié)構(gòu)表面張力的存在，使玻璃表面組成與內(nèi)部顯著不表面張力的存在，使玻璃表面組成與內(nèi)部顯著不同，因此，即使是新鮮的玻璃表面，其化學(xué)成分、同，因此，即使是新鮮的玻璃表面，其化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)也會不同于內(nèi)部。這種差異可以從表面折射率結(jié)構(gòu)也會不同于內(nèi)部。這種差異可以從表面折射率、化學(xué)穩(wěn)定性、結(jié)晶傾向以及強(qiáng)度等性質(zhì)的觀測結(jié)、化學(xué)穩(wěn)定性、結(jié)晶傾向以及強(qiáng)度等性質(zhì)的觀測結(jié)果得到證實(shí)。果得到證實(shí)。注意注意：以上討論的各種表面狀態(tài)都是指：以上討論的各種表面狀態(tài)都是指“清潔清潔”的平坦的表面而言。的平坦的表面而言。324. 晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)分析面心立方結(jié)構(gòu)分析面心立方結(jié)構(gòu)(100)、(110)、(11

18、1)三個低三個低指數(shù)面上原子的分布。指數(shù)面上原子的分布。圖圖411 面心立方晶格的低指數(shù)面面心立方晶格的低指數(shù)面(100)(111)(110)33實(shí)驗(yàn)觀測表明：實(shí)驗(yàn)觀測表明： 固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的，固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的， 最重要的表現(xiàn)為最重要的表現(xiàn)為表面粗糙度表面粗糙度和和微裂紋微裂紋。 表面粗糙度表面粗糙度：(1)使表面力場變得不均勻，其活性及其它表面性質(zhì)使表面力場變得不均勻，其活性及其它表面性質(zhì) 也隨之發(fā)生變化。也隨之發(fā)生變化。 (2)直接影響固體表面積，內(nèi)、外表面積比值以及相直接影響固體表面積，內(nèi)、外表面積比值以及相 關(guān)的屬性。關(guān)的屬性。 (3)與兩種材料間的封接和結(jié)

19、合界面間的嚙合和結(jié)合與兩種材料間的封接和結(jié)合界面間的嚙合和結(jié)合 強(qiáng)度有關(guān)。強(qiáng)度有關(guān)。34表面裂紋表面裂紋表面裂紋表面裂紋因晶體缺陷或外力而產(chǎn)生。因晶體缺陷或外力而產(chǎn)生。 格里菲斯關(guān)于微裂紋的公式：格里菲斯關(guān)于微裂紋的公式：cec 2 式中：式中： 材料的斷裂應(yīng)力；材料的斷裂應(yīng)力； 微裂紋的長度；微裂紋的長度； 彈性模量；彈性模量； 表面能。表面能。cce35bsuu21 為破壞化學(xué)鍵所需能量為破壞化學(xué)鍵所需能量 為表面能為表面能busu)1(00ibissnnnul 四、固體的表面能四、固體的表面能 1. 共價晶體表面能：破壞單位面積上的全部鍵所需能量共價晶體表面能：破壞單位面積上的全部鍵所需

20、能量 的一半。的一半。 2. 離子晶體的表面能離子晶體的表面能 36p0abfp0(a)p0abfp(b)p0+ pabfp0pp0-p(c)圖圖412 彎曲表面上的附加壓力的產(chǎn)生彎曲表面上的附加壓力的產(chǎn)生 一、一、 彎曲表面效應(yīng)彎曲表面效應(yīng)1、附加壓力、附加壓力 由于表面張力的存在而產(chǎn)生一個附加壓力由于表面張力的存在而產(chǎn)生一個附加壓力 。4.2 4.2 界面行為界面行為37 凸面：凸面： 為正值，為正值， 為正值；為正值； 凹面：凹面： 為負(fù)值，為負(fù)值， 為負(fù)值。為負(fù)值。 附加壓力的方向：附加壓力的方向： 總是指向曲面的曲率中心。總是指向曲面的曲率中心。 2、附加壓力與表面張力的關(guān)系：、附加

21、壓力與表面張力的關(guān)系： 對于球面：對于球面： 對于非球面：對于非球面： 式中：式中： 為曲面的主曲率半徑。為曲面的主曲率半徑。 討論討論：(1) 當(dāng)當(dāng) 時，時， ； rprpprp2)11(21rrp21rr、21rr rp238(2)當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液體液面上附加壓力當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液體液面上附加壓力為為 ，當(dāng)，當(dāng)r1 很小時，此時壓力稱為毛細(xì)管力。很小時，此時壓力稱為毛細(xì)管力。 毛細(xì)管力在生產(chǎn)中的應(yīng)用：毛細(xì)管力在生產(chǎn)中的應(yīng)用： （1）平放的玻璃間有水存）平放的玻璃間有水存在時，垂直方向很難拉開；在時，垂直方向很難拉開； （2）陶瓷顆粒的燒結(jié)；）陶瓷顆粒的燒結(jié)； （3）玻

22、璃液的澄清過程；）玻璃液的澄清過程；毛細(xì)管力使顆粒壓緊毛細(xì)管力使顆粒壓緊1rp39rrtmpp1.2/ln0)11.(2/ln2121rrrtmpp 3、液滴表面的蒸氣壓、液滴表面的蒸氣壓 （1 1）微小液滴的蒸氣壓：）微小液滴的蒸氣壓： 用開爾文方程描述用開爾文方程描述 或40結(jié)論結(jié)論：1）凸面蒸氣壓凸面蒸氣壓平面平面凹面。凹面。 2） 球形液滴表面蒸氣壓隨半徑減少而增球形液滴表面蒸氣壓隨半徑減少而增大。大。 應(yīng)用應(yīng)用：粉料燒結(jié)傳質(zhì)過程粉料燒結(jié)傳質(zhì)過程（2 2）毛細(xì)管內(nèi)液體的蒸氣壓）毛細(xì)管內(nèi)液體的蒸氣壓 如液體對毛細(xì)管潤濕，開爾文公式可寫成：如液體對毛細(xì)管潤濕，開爾文公式可寫成： 如如 =0

23、=0，表示液體對毛細(xì)管完全潤濕，液面，表示液體對毛細(xì)管完全潤濕，液面在毛細(xì)管呈半球形凹面，則：在毛細(xì)管呈半球形凹面，則：cos1.2/ln0rrtmpp41rrtmpp1.2/ln0 凹面上蒸氣壓低于平面上蒸氣壓。從而出現(xiàn)毛凹面上蒸氣壓低于平面上蒸氣壓。從而出現(xiàn)毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象。細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象。 應(yīng)用應(yīng)用： （3）開爾文公式用于固體的溶解度，也可以導(dǎo)開爾文公式用于固體的溶解度，也可以導(dǎo)出類似的關(guān)系：出類似的關(guān)系： drtrmccls2/ln042毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象（a）水在毛細(xì)管中上升；（）水在毛細(xì)管中上升；（b）水銀在毛細(xì)管中下降）水銀在毛細(xì)管中下降43 （4）固體顆粒半徑對其熔化溫度的影響）固體

24、顆粒半徑對其熔化溫度的影響結(jié)論結(jié)論： 固體顆粒愈小，表面曲率愈大，則蒸氣壓固體顆粒愈小，表面曲率愈大，則蒸氣壓和溶解度增高而熔化溫度降低。和溶解度增高而熔化溫度降低。hrdmttttvs00244 二、二、 潤濕與粘附潤濕與粘附1、定義、定義：潤濕是一種流體從固體表面置換另一種潤濕是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程。最常見的潤濕現(xiàn)象是一種液體從固流體的過程。最常見的潤濕現(xiàn)象是一種液體從固體表面置換空氣，如水在玻璃表面置換空氣而展體表面置換空氣，如水在玻璃表面置換空氣而展開。開。 固液接觸后，固液接觸后，體系吉布斯自由焓降低時體系吉布斯自由焓降低時 就稱為潤濕。就稱為潤濕。 2、分類：、分

25、類：附著潤濕附著潤濕( (沾濕沾濕) )鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇窠n潤濕浸漬潤濕( (浸濕浸濕) )按潤濕程度按潤濕程度45圖圖413 潤濕的三種情況潤濕的三種情況46附著潤濕附著潤濕如圖所示如圖所示固體固體液體液體附著潤濕的吉布斯自由焓變化為：附著潤濕的吉布斯自由焓變化為：附著功附著功：)(1svlvslgslsvlvw47圖圖413附著功示意圖附著功示意圖液固附著附著拉開拉開液固48鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇袢缦聢D所示如下圖所示潤濕張力可由下圖和下式確定：潤濕張力可由下圖和下式確定： coslvslsvslsvlvfcos潤濕的尺度用接觸角衡量潤濕的尺度用接觸角衡量49sllvsvlvw ) 1(cossl

26、svlvfcosslsvlvw粘附功：粘附功：潤濕張力：潤濕張力：合并得：合并得：) 1(cos lv也稱粘附張力也稱粘附張力可以看到，當(dāng)粘附劑給定（即可以看到，當(dāng)粘附劑給定（即值一定）時，值一定）時，隨隨減小而增大。因此，上式可作為粘附性的減小而增大。因此，上式可作為粘附性的度量。度量。lv w 50 潤濕與液滴的形狀：潤濕與液滴的形狀： (a) 潤濕，潤濕， 90o (c)完全潤濕，完全潤濕， 0o ，液體鋪開，液體鋪開 從上式中可看出：潤濕的先決條件是從上式中可看出：潤濕的先決條件是 或或者者 十分微小。十分微小。 在潤濕系統(tǒng)中在潤濕系統(tǒng)中( ), 減小會使減小會使縮縮小，而在不潤濕系統(tǒng)

27、中小，而在不潤濕系統(tǒng)中 減小會使減小會使增大。增大。svslsvsllvlvlv51浸漬潤濕浸漬潤濕 浸漬潤濕浸漬潤濕指固體浸入液體中的過程。指固體浸入液體中的過程。 例：生坯的浸釉。例：生坯的浸釉。 浸漬潤濕自由能的變化：浸漬潤濕自由能的變化： 討論：討論： 若若 ,則則90o ,浸漬潤濕過程將自發(fā)浸漬潤濕過程將自發(fā) 進(jìn)行，進(jìn)行， 此時此時 0 若若 90o ,要將固體浸入液體之中必須要將固體浸入液體之中必須 做功，做功， 此時此時 0coslvslsvgsvslsvslgg52sl53 總結(jié)：總結(jié)： 1、三種潤濕的共同點(diǎn)是液體將氣體從固體表面、三種潤濕的共同點(diǎn)是液體將氣體從固體表面排擠開，

28、使原有的固氣或排擠開，使原有的固氣或 液氣界面消失，而代液氣界面消失，而代之以固液界面。之以固液界面。 2、改善潤濕的方法：由、改善潤濕的方法：由 可知可知 (1) 降低降低 、 (2)去除固體表面吸附膜，提高去除固體表面吸附膜，提高 (3)改變粗造度。改變粗造度。 在生產(chǎn)中的應(yīng)用：在生產(chǎn)中的應(yīng)用：lvslsvcosslsvlv543、真實(shí)固體表面的潤濕、真實(shí)固體表面的潤濕當(dāng)液體鋪展在固相上時，真實(shí)固體表面是粗當(dāng)液體鋪展在固相上時，真實(shí)固體表面是粗糙的和被污染的。這些因素對潤濕過程會發(fā)生糙的和被污染的。這些因素對潤濕過程會發(fā)生重要的影響。重要的影響。55上圖（上圖（a）平衡時：）平衡時：0co

29、sssssvlvsllvslsvcos上圖（上圖（b）平衡時：）平衡時：0cossnssnsvnlvslcos)(cosnnlvslsvnnncoscos 表觀粗糙度系數(shù)；表觀粗糙度系數(shù)； 對粗糙表面的表觀接觸角。對粗糙表面的表觀接觸角。 nn56 與 的關(guān)系n當(dāng)真實(shí)接觸角當(dāng)真實(shí)接觸角90,粗造度愈大愈不利潤濕。粗造度愈大愈不利潤濕。nncos574、粘附及其化學(xué)條件、粘附及其化學(xué)條件粘附通常是發(fā)生在固液界面上的行為并決定于如下粘附通常是發(fā)生在固液界面上的行為并決定于如下條件：條件：(1)潤濕性潤濕性(2)粘附功（粘附功（w）(3)粘附面的界面張力粘附面的界面張力(4)相溶性或親和性相溶性或親

30、和性sl58（1）潤濕性）潤濕性粘附面充分潤濕是保證粘附處致密和強(qiáng)度的前提。粘附面充分潤濕是保證粘附處致密和強(qiáng)度的前提。潤濕愈好粘附也愈好。潤濕愈好粘附也愈好。固固-液界面的潤濕是指液體在固體表面上的鋪展。液界面的潤濕是指液體在固體表面上的鋪展。潤濕性潤濕性可用潤濕張力來可用潤濕張力來度量，其關(guān)系由度量，其關(guān)系由下式?jīng)Q定：下式?jīng)Q定：粘附劑對粘附表面潤濕愈好，則粘附劑對粘附表面潤濕愈好，則f愈大，粘附處的致密愈大，粘附處的致密度和強(qiáng)度愈高。度和強(qiáng)度愈高。slsvlvfcos coslvlv 59(2)粘附功（粘附功（w）粘附力的大小，與物質(zhì)的表面性質(zhì)有關(guān)，粘粘附力的大小，與物質(zhì)的表面性質(zhì)有關(guān)，粘

31、附程度的好壞可通過粘附功（附程度的好壞可通過粘附功（w）衡量。）衡量。所謂所謂粘附功粘附功，是指把單位粘附界面拉開所需，是指把單位粘附界面拉開所需的功。的功。60粘附功數(shù)值的大小，標(biāo)志著固一液兩相輔展結(jié)粘附功數(shù)值的大小，標(biāo)志著固一液兩相輔展結(jié)合的牢固程度，粘附功數(shù)值越大，說明將液體從合的牢固程度，粘附功數(shù)值越大，說明將液體從固體表面拉開，需要耗費(fèi)的能量越大，即互相結(jié)固體表面拉開，需要耗費(fèi)的能量越大，即互相結(jié)合牢固；相反，粘附功越小，則越易分離。合牢固；相反，粘附功越小，則越易分離。61(3)粘附面的界面張力粘附面的界面張力界面張力的大小反映界面的熱力學(xué)穩(wěn)定性。界面張力的大小反映界面的熱力學(xué)穩(wěn)定

32、性。越小，粘附界面越穩(wěn)定，粘附力也越大。同時從式越小，粘附界面越穩(wěn)定，粘附力也越大。同時從式可見，可見，愈小則愈小則cos或潤濕張力就大?；驖櫇駨埩痛?。sllvsvlvw ) 1(cossl sl sl 62(4)相溶性或親和性相溶性或親和性潤濕不僅與界面張力有關(guān)，也與粘附界面上兩相潤濕不僅與界面張力有關(guān)，也與粘附界面上兩相的親和性有關(guān)。例如水和水銀兩者表面張力分別為的親和性有關(guān)。例如水和水銀兩者表面張力分別為72和和500達(dá)因厘米，但水卻不能在水銀表面鋪展。說明達(dá)因厘米，但水卻不能在水銀表面鋪展。說明水和水銀是不親和的。所謂相溶或親和，就是指兩者水和水銀是不親和的。所謂相溶或親和，就是指兩

33、者潤濕時自由能變化潤濕時自由能變化dg0。因此相溶性越好，粘附也。因此相溶性越好，粘附也好。好。63另外，粘附性能還與以下因素有關(guān)：另外，粘附性能還與以下因素有關(guān)：1）粘附與固體表面的清潔度有關(guān)）粘附與固體表面的清潔度有關(guān)2）粘附與固體的分散度有關(guān)）粘附與固體的分散度有關(guān)3）粘附強(qiáng)度與外力作用下固體的變形程）粘附強(qiáng)度與外力作用下固體的變形程度有關(guān)度有關(guān)64 三、吸附與表面改性三、吸附與表面改性 吸附吸附：是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一種：是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一種物質(zhì)表面的現(xiàn)象物質(zhì)表面的現(xiàn)象 表面改性表面改性：是利用固體表面的吸附特性通過各：是利用固體表面的吸附特性通過各種表面處理改

34、變固體表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以適應(yīng)各種種表面處理改變固體表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。預(yù)期的要求。 表面活性劑表面活性劑：能夠降低體系的表面（或界面）：能夠降低體系的表面（或界面）張力的物質(zhì)。張力的物質(zhì)。 表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有兩種基團(tuán)組成，一：有兩種基團(tuán)組成，一種極性基團(tuán)，另一種是非極性基團(tuán)。種極性基團(tuán)，另一種是非極性基團(tuán)。 65表面改性在生產(chǎn)中的應(yīng)用：表面改性在生產(chǎn)中的應(yīng)用：（1）氧化鋁在成型時，）氧化鋁在成型時，al2o3粉用石蠟作定性劑；粉用石蠟作定性劑；（2）用于制作高頻電容器瓷的化合物）用于制作高頻電容器瓷的化合物catio3，其，其表面是親油的，而成型工藝

35、需要其與水混合。表面是親油的，而成型工藝需要其與水混合。親水基親水基憎水基憎水基66（3）水泥工業(yè)中，為了提高混凝土的力學(xué)性能在新）水泥工業(yè)中，為了提高混凝土的力學(xué)性能在新拌和混凝土中加入減水劑拌和混凝土中加入減水劑。（4）塑化作用：）塑化作用：67（5）助磨等作用）助磨等作用表面活性物質(zhì)的助磨作用表面活性物質(zhì)的助磨作用68表面活性物質(zhì)對氧化鋁比表面的影響表面活性物質(zhì)對氧化鋁比表面的影響（al2o3料在料在1480c預(yù)燒過，含預(yù)燒過，含 - al2o3 90%）69 1、定義：定義：凡結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接觸，凡結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接觸，其接觸面稱為晶界。其接觸面稱為晶界。4.

36、3 4.3 晶界晶界7071 2、 晶界的特點(diǎn)晶界的特點(diǎn) 晶界具有一些不同于晶粒的特性。晶界具有一些不同于晶粒的特性。 （1）晶界易受腐蝕后很易顯露出來；）晶界易受腐蝕后很易顯露出來； （2）晶界是原子（或離子）快速擴(kuò)散的通）晶界是原子（或離子）快速擴(kuò)散的通道，并易引起雜質(zhì)原子（離子）偏聚，同時也道，并易引起雜質(zhì)原子（離子）偏聚，同時也使晶界處熔點(diǎn)低于晶粒；使晶界處熔點(diǎn)低于晶粒； （3）晶界上原子排列混亂，使之處于應(yīng)力）晶界上原子排列混亂，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，能階較高，使得晶界成為固態(tài)相變畸變狀態(tài)，能階較高，使得晶界成為固態(tài)相變時優(yōu)先成核的區(qū)域。時優(yōu)先成核的區(qū)域。72一、一、晶界結(jié)構(gòu)的分類：

37、晶界結(jié)構(gòu)的分類：(1)按按兩個晶粒之間夾角兩個晶粒之間夾角的大小來分：的大小來分：小角度晶界小角度晶界(約約23)大角度晶界大角度晶界7374 (2) 根據(jù)晶界兩邊根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性原子排列的連貫性來分：來分： 共格晶界：共格晶界：界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越過界面原子面是連續(xù)的構(gòu)和類似的取向，越過界面原子面是連續(xù)的 半共格晶界半共格晶界：晶面間距比較小的一個相發(fā)生應(yīng)變，：晶面間距比較小的一個相發(fā)生應(yīng)變，在界面位錯線附近發(fā)生在界面位錯線附近發(fā)生局部晶格畸變局部晶格畸變。 非共格晶界非共格晶界：界面兩側(cè)結(jié)構(gòu)相差很大且與相鄰晶：界面兩側(cè)結(jié)

38、構(gòu)相差很大且與相鄰晶體間有畸變的原子排列。體間有畸變的原子排列。7576在燒結(jié)過程中，有在燒結(jié)過程中，有相同成分和相同結(jié)構(gòu)相同成分和相同結(jié)構(gòu)的晶粒彼此取向不同，的晶粒彼此取向不同，在這種情況下，所呈在這種情況下，所呈現(xiàn)的晶粒間界?，F(xiàn)的晶粒間界。 在多晶粒界面上的原子在多晶粒界面上的原子77 （3） 晶界能：晶界能：ln)1 (400rabgw78二、多晶體的組織二、多晶體的組織晶界形狀由晶界形狀由表面張力表面張力的相互關(guān)系決定。的相互關(guān)系決定。晶界在多面體中的形狀、構(gòu)造和分布稱為晶界在多面體中的形狀、構(gòu)造和分布稱為晶晶界構(gòu)形界構(gòu)形。79對于固固氣界面張力平衡關(guān)系對于固固氣界面張力平衡關(guān)系： s

39、vss 212cos 對于固固液界面張力平衡關(guān)系對于固固液界面張力平衡關(guān)系：slss 212cos 80不同熱處理時的第二相分布：不同熱處理時的第二相分布：81二面角二面角 與潤濕關(guān)系：與潤濕關(guān)系： cos潤濕性潤濕性相分布（圖相分布（圖421實(shí)例）實(shí)例） 1 120不不（a）孤立液滴）孤立液滴 11/2 /212060局部局部（b）開始滲透晶界）開始滲透晶界 /2 2 1 0全潤濕全潤濕（d）浸濕整個材料）浸濕整個材料slss2333382熱處理時形成的多相材料舉例熱處理時形成的多相材料舉例圖圖421熱處理時形成的多相材料熱處理時形成的多相材料83三、晶界應(yīng)力三、晶界應(yīng)力多晶材料中，如果有兩

40、種多晶材料中，如果有兩種不同熱膨脹系數(shù)不同熱膨脹系數(shù)的晶的晶相組成，在加熱與冷卻過程中，由于兩相膨脹系數(shù)的相組成，在加熱與冷卻過程中，由于兩相膨脹系數(shù)的差別，在晶界上會有差別，在晶界上會有應(yīng)力應(yīng)力存在存在。最終會在晶界上出。最終會在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂?，F(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂。84圖圖422 層狀復(fù)合體中晶界應(yīng)力的形成層狀復(fù)合體中晶界應(yīng)力的形成（a）高溫下）高溫下（b）冷卻后無應(yīng)力狀態(tài)）冷卻后無應(yīng)力狀態(tài)（c）冷卻后層與層仍然結(jié)合）冷卻后層與層仍然結(jié)合在一起在一起85ltdk/ 討論討論： (1)晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及復(fù)合層厚晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及復(fù)合層厚度

41、度 成正比。成正比。 (2)若熱膨脹系數(shù)是各向同性，晶界應(yīng)力不會產(chǎn)生。若熱膨脹系數(shù)是各向同性，晶界應(yīng)力不會產(chǎn)生。 (3)若產(chǎn)生晶界應(yīng)力，則厚度愈厚，應(yīng)力愈大。若產(chǎn)生晶界應(yīng)力，則厚度愈厚，應(yīng)力愈大。結(jié)論結(jié)論： 在多晶材料中，細(xì)而長的針狀晶粒的在多晶材料中，細(xì)而長的針狀晶粒的強(qiáng)度與抗沖強(qiáng)度與抗沖 擊性能擊性能較好較好。86 四、復(fù)合材料四、復(fù)合材料 1、定義定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的材料通過復(fù)合工藝組合而成的新材料。性質(zhì)不同的材料通過復(fù)合工藝組合而成的新材料。 2、復(fù)合材料的分類復(fù)合材料的分類 (1)(1)按基體材料分類：按基體材料分類

42、： (2)(2)按增強(qiáng)材料分類：按增強(qiáng)材料分類： (3)(3)按增強(qiáng)纖維類型分類按增強(qiáng)纖維類型分類 (4)(4)按材料作用分類按材料作用分類 (5)(5)按復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類按復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類8788 概述：概述：一、粘土的荷電性一、粘土的荷電性 1、負(fù)電荷、負(fù)電荷 產(chǎn)生的原因：主要是由于粘土晶格內(nèi)產(chǎn)生的原因：主要是由于粘土晶格內(nèi)離子的離子的 同晶置同晶置換換、吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解而產(chǎn)生的。而產(chǎn)生的。 2、兩性電荷、兩性電荷 3、凈電荷、凈電荷 粘土的正電荷和負(fù)電荷的代數(shù)和是粘土的凈電荷。粘土的正電荷和負(fù)電荷的代數(shù)和是粘土的凈電荷。 粘土一般是帶有負(fù)電荷的

43、。粘土一般是帶有負(fù)電荷的。 4.4 4.4 粘土粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)水系統(tǒng)膠體化學(xué)89高嶺石邊面上的電荷高嶺石邊面上的電荷90二、粘土的離子吸附與交換二、粘土的離子吸附與交換 1、定義定義： 2、粘土的離子吸附與交換的特點(diǎn)粘土的離子吸附與交換的特點(diǎn)： （1）同號離子相互交換；）同號離子相互交換； （2）離子以等當(dāng)量交換；）離子以等當(dāng)量交換； （3）交換和吸附是可逆過程，離子交換并不影響粘土）交換和吸附是可逆過程，離子交換并不影響粘土本身的結(jié)構(gòu)。本身的結(jié)構(gòu)。 如：如：na 粘土粘土+ca2+=ca-粘土粘土+2na+ na 注意注意：交換和吸附是兩個不同的概念：交換和吸附是兩個不同的概念913、在

44、生產(chǎn)中的應(yīng)用：、在生產(chǎn)中的應(yīng)用： 利用粘土的陽離子交換性質(zhì)可以提純粘土及制備利用粘土的陽離子交換性質(zhì)可以提純粘土及制備單一離子的粘土。單一離子的粘土。 x-樹脂樹脂+y-粘土粘土=y-樹脂樹脂+x-粘土粘土4、粘土的陽離子交換容量、粘土的陽離子交換容量 用用 100克干粘土所吸附離子的毫克當(dāng)量數(shù)來表示?？烁烧惩了诫x子的毫克當(dāng)量數(shù)來表示。它代表粘土在一定它代表粘土在一定ph條件下的凈負(fù)電荷數(shù)。條件下的凈負(fù)電荷數(shù)。 5、影響粘土的陽離子交換容量、影響粘土的陽離子交換容量 礦物組成、粘土的細(xì)度、含腐殖質(zhì)數(shù)量、溶液礦物組成、粘土的細(xì)度、含腐殖質(zhì)數(shù)量、溶液的的ph 值、離子的濃度等值、離子的濃度等9

45、2 根據(jù)離子價效應(yīng)和離子水化半徑，可將粘土的陽離根據(jù)離子價效應(yīng)和離子水化半徑，可將粘土的陽離 子交換順序排列如下：子交換順序排列如下： h+al3+ ba2+ sr2+ ca2+ mg2+ nh4+ k+ na+ li+ 三、粘土膠體的電動性質(zhì)三、粘土膠體的電動性質(zhì) 1、粘土與水的作用、粘土與水的作用 粘土與水的作用由以下幾個原因造成的：粘土與水的作用由以下幾個原因造成的： （1）粘土晶粒表面上的氧與氫氧基可以與靠近表面）粘土晶粒表面上的氧與氫氧基可以與靠近表面 的水分子通過氫鍵而鍵合；的水分子通過氫鍵而鍵合； （2）粘土表面負(fù)電荷在粘土表面附近存在一個靜電）粘土表面負(fù)電荷在粘土表面附近存在一

46、個靜電 場，使極性水分子定向排列；場，使極性水分子定向排列； （3）粘土表面吸附著水化陽離子。）粘土表面吸附著水化陽離子。93 水在粘土周圍隨著距離增大結(jié)合力的減弱而分成水在粘土周圍隨著距離增大結(jié)合力的減弱而分成牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水。 粘土與這三種水結(jié)合的狀態(tài)與數(shù)量將會影響粘土粘土與這三種水結(jié)合的狀態(tài)與數(shù)量將會影響粘土-水系統(tǒng)的工藝性能。水系統(tǒng)的工藝性能。 影響粘土結(jié)合水量的因素有粘土礦物組成、粘土影響粘土結(jié)合水量的因素有粘土礦物組成、粘土分散度、粘土吸附陽離子種類等。分散度、粘土吸附陽離子種類等。94粘土與水結(jié)合情況示意圖粘土與水結(jié)合情況示意圖95 （

47、1）粘土的結(jié)合水量一般與粘土陽離子交換容量粘土的結(jié)合水量一般與粘土陽離子交換容量成正比；成正比； （2）高嶺石的結(jié)合水量隨粒度減小而增高。高嶺石的結(jié)合水量隨粒度減小而增高。 （3）粘土與一價陽離子結(jié)合水量粘土與一價陽離子結(jié)合水量與二價陽離子結(jié)與二價陽離子結(jié)合的水量合的水量與三價陽離子結(jié)合的水量；同價離子與粘土與三價陽離子結(jié)合的水量；同價離子與粘土結(jié)合水量是隨著離子半徑增大，結(jié)合水量減少。結(jié)合水量是隨著離子半徑增大，結(jié)合水量減少。被粘土吸附的被粘土吸附的na和和ca的水化值的水化值粘粘土土吸吸附附容容量量cana結(jié)合水量結(jié)合水量（克（克/百克土）百克土）每個陽離子水化每個陽離子水化分子數(shù)分子數(shù)n

48、a與與ca的水化比的水化比值值na-粘土ca-粘土 23.7 18.0 7524.517576.22.3962、粘土膠體的電動電位、粘土膠體的電動電位 （1）電動性質(zhì)）電動性質(zhì)：在電場或其他力場作用下，固體：在電場或其他力場作用下，固體 顆?；蛞合嘞鄬α硪幌嘧飨鄬ξ灰茣r所表現(xiàn)出來的電顆?；蛞合嘞鄬α硪幌嘧飨鄬ξ灰茣r所表現(xiàn)出來的電學(xué)性質(zhì)。學(xué)性質(zhì)。 （2）擴(kuò)散雙電層的形成）擴(kuò)散雙電層的形成 a、吸附層：在外電場作用下，被粘土質(zhì)點(diǎn)牢固、吸附層：在外電場作用下，被粘土質(zhì)點(diǎn)牢固吸附的水化陽離子層。吸附的水化陽離子層。 這一層隨粘土質(zhì)點(diǎn)一起向正極移動這一層隨粘土質(zhì)點(diǎn)一起向正極移動 b、擴(kuò)散層：吸附層以外的

49、、定向程度較差的水、擴(kuò)散層：吸附層以外的、定向程度較差的水化陽離子區(qū)域化陽離子區(qū)域 這一層不隨粘土質(zhì)點(diǎn)移動，而向負(fù)極移動。這一層不隨粘土質(zhì)點(diǎn)移動，而向負(fù)極移動。97c、電動電位：吸附層與擴(kuò)散層相對移動時兩者、電動電位：吸附層與擴(kuò)散層相對移動時兩者之間的電位差（之間的電位差（-電位）電位）98d、熱力學(xué)電位：粘土質(zhì)點(diǎn)的表面與擴(kuò)散層之間的、熱力學(xué)電位：粘土質(zhì)點(diǎn)的表面與擴(kuò)散層之間的總電位差總電位差等電狀態(tài)：等電狀態(tài)：電位電位等于零的狀態(tài)等于零的狀態(tài)粘土的電動電位粘土的電動電位99 電動電位的公式：電動電位的公式：dd /4 粘土吸附了不同的陽離子后對電動電位的影響粘土吸附了不同的陽離子后對電動電位的

50、影響100不同的陽離子所飽和的粘土的電動電位不同的陽離子所飽和的粘土的電動電位離子半徑離子半徑101 （3）影響電動電位的因素：）影響電動電位的因素： 陽離子的電價、陽離子的濃度、粘土的礦物組成、陽離子的電價、陽離子的濃度、粘土的礦物組成、 電解質(zhì)陰離子的作用、粘土膠粒形狀和大小、表面光電解質(zhì)陰離子的作用、粘土膠粒形狀和大小、表面光 滑程度等?；潭鹊?。 （a）吸附陽離子對）吸附陽離子對 -電位的影響電位的影響 （b）電解質(zhì)的濃度對）電解質(zhì)的濃度對 -電位的影響電位的影響 （c c）粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)對）粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)對 - -電位的影響電位的影響102 （c）粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)對）粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)對 -電位的

51、影響電位的影響 如果粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量增加，導(dǎo)致粘土如果粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量增加，導(dǎo)致粘土 -電位升高。電位升高。 （4）粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)）粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu) 膠核膠核+吸附層吸附層+擴(kuò)散層擴(kuò)散層 膠核：粘土質(zhì)點(diǎn)本身，膠核是帶負(fù)電的膠核：粘土質(zhì)點(diǎn)本身，膠核是帶負(fù)電的 膠粒：膠核膠粒：膠核+吸附層吸附層 膠團(tuán)：膠粒膠團(tuán)：膠粒+擴(kuò)散層擴(kuò)散層 粘土的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)如下圖所示。粘土的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)如下圖所示。103粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖104四、粘土四、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)水系統(tǒng)的膠體性質(zhì) 1、流變學(xué)性質(zhì)、流變學(xué)性質(zhì) 2、泥漿的流動性和穩(wěn)定性、泥漿的流動性和穩(wěn)定性 （1）泥漿的稀釋現(xiàn)象）泥漿的稀釋現(xiàn)象 稀釋劑稀釋

52、劑：含有一價陽離子的電解質(zhì)。如：水玻璃、：含有一價陽離子的電解質(zhì)。如：水玻璃、純堿、紙漿廢液、木質(zhì)素磺酸鈉等。純堿、紙漿廢液、木質(zhì)素磺酸鈉等。105左圖泥漿內(nèi)加入稀釋劑后的流變曲線左圖泥漿內(nèi)加入稀釋劑后的流變曲線右圖泥漿的稀釋曲線右圖泥漿的稀釋曲線h-高嶺土的流變曲線（高嶺土的流變曲線（200g土在土在500ml溶液中溶液中1未加堿；未加堿；20.002n naoh；30.02n naoh；40. 2n naoh；50.002n ca（oh）2；60.002n ca（oh）2；粘土泥漿稀釋曲線粘土泥漿稀釋曲線1高嶺土加高嶺土加naoh；2高嶺土及高嶺土及na2sio3106（2）稀釋機(jī)理）稀釋

53、機(jī)理泥漿的結(jié)構(gòu)：泥漿的結(jié)構(gòu)： 粘土顆粒在介質(zhì)中的聚集方式粘土顆粒在介質(zhì)中的聚集方式 （a）、（）、（b）、（）、（c）分別表示在低濃度泥漿內(nèi)面）分別表示在低濃度泥漿內(nèi)面-面分散；邊面分散；邊-面、邊面、邊-邊結(jié)合邊結(jié)合 （d）、（）、（ e ）（）（ f）分別表示在高濃度泥漿內(nèi)面）分別表示在高濃度泥漿內(nèi)面-面分散；邊面分散；邊-面、邊面、邊-邊結(jié)合邊結(jié)合泥漿膠溶必須具備的條件：泥漿膠溶必須具備的條件：107 （a）介質(zhì)呈堿性）介質(zhì)呈堿性 （b）必須有一價堿金屬陽離子交換粘土原來吸附的）必須有一價堿金屬陽離子交換粘土原來吸附的 離子離子 （c）陰離子的作用）陰離子的作用 （d）使用帶有大量回坯泥

54、的泥漿時，選擇稀釋劑種類）使用帶有大量回坯泥的泥漿時，選擇稀釋劑種類和用量時必須考慮由石膏碎屑帶入的和用量時必須考慮由石膏碎屑帶入的so42- 離子的影響。離子的影響。 因?yàn)槟酀{中含有石膏碎屑時，稀釋劑因?yàn)槟酀{中含有石膏碎屑時，稀釋劑na2sio4加入加入泥漿發(fā)生下列反應(yīng)泥漿發(fā)生下列反應(yīng)108ca-粘土粘土+caso4+2na2sio3 2na-粘土粘土+na2so4+2casio3 2na+so42-ca-粘土粘土+caso4+baco3+na2sio3 na-粘土粘土+baso4 +casio3 +caco3 結(jié)論：結(jié)論：泥漿粘度的降低雖為注漿成型的重要條件，但泥漿粘度的降低雖為注漿成型的

55、重要條件，但如果泥漿達(dá)到完全膠溶的程度則對坯體生長速度、脫模速如果泥漿達(dá)到完全膠溶的程度則對坯體生長速度、脫模速度及干燥速度帶來不利。度及干燥速度帶來不利。109 3、泥漿的透水性、泥漿的透水性 （1）透水性：用石膏模型注漿成型時，泥漿形成的）透水性：用石膏模型注漿成型時，泥漿形成的 固化泥層透過水的能力。固化泥層透過水的能力。 （2）透水機(jī)理：）透水機(jī)理： （3）影響透水性的因素：）影響透水性的因素： 稀釋劑的種類和加入量；泥漿中塑性料和瘠性料的稀釋劑的種類和加入量；泥漿中塑性料和瘠性料的配比；原料加工的細(xì)度等。配比；原料加工的細(xì)度等。 110 4、泥漿的觸變性、泥漿的觸變性 （1）定義：觸變就是泥漿靜止不動時似凝固體，）定義：觸變就是泥漿靜止不動時似凝固體，一經(jīng)擾動或搖動，凝固的泥漿又重新獲得流動性。一經(jīng)擾動或搖動，凝固的泥漿又重新獲得流動性。 （2）觸變機(jī)理：與泥漿膠體的結(jié)構(gòu)有關(guān)）觸變機(jī)理：與泥漿膠