無機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)第四章 表界面ppt課件

1、石英砂直徑石英砂直徑(m) 表面積表面積m2/g表面能表面能J/m210-20.260.2710-92.61062.7106 粉碎石英的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為外表能儲(chǔ)存在石英粉粉碎石英的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為外表能儲(chǔ)存在石英粉內(nèi)。由于高分散度物系比低分散度物系能量高得多，內(nèi)。由于高分散度物系比低分散度物系能量高得多，必然使物系由于分散度的變化而使兩者在物理性質(zhì)必然使物系由于分散度的變化而使兩者在物理性質(zhì)如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸氣壓、溶解度、吸附、潤濕和燒如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸氣壓、溶解度、吸附、潤濕和燒結(jié)等和化學(xué)性質(zhì)化學(xué)活性、催化、固相反響方結(jié)等和化學(xué)性質(zhì)化學(xué)活性、催化、固相反響方面有很大的差別。面有很大的差別。理想晶體和玻璃

2、體：理想晶體和玻璃體：假定任一個(gè)原子或離子都處在三維無限連假定任一個(gè)原子或離子都處在三維無限連續(xù)的空間中，周圍對(duì)它作用完全一樣。續(xù)的空間中，周圍對(duì)它作用完全一樣。實(shí)踐晶體和玻璃體：實(shí)踐晶體和玻璃體：處于物體外表的質(zhì)點(diǎn)，其境遇和內(nèi)部是不處于物體外表的質(zhì)點(diǎn)，其境遇和內(nèi)部是不同的，外表的質(zhì)點(diǎn)由于受力不平衡而處于同的，外表的質(zhì)點(diǎn)由于受力不平衡而處于較高的能階，所以導(dǎo)致資料呈現(xiàn)一系列特較高的能階，所以導(dǎo)致資料呈現(xiàn)一系列特殊的性質(zhì)。殊的性質(zhì)。界面是晶體中的面缺陷，界面具有界面是晶體中的面缺陷，界面具有高的能量，在化學(xué)介質(zhì)中不穩(wěn)定，產(chǎn)生高的能量，在化學(xué)介質(zhì)中不穩(wěn)定，產(chǎn)生晶界腐蝕，故界面影響資料的化學(xué)性能，晶

3、界腐蝕，故界面影響資料的化學(xué)性能，界面也影響資料的物理性能，如資料組界面也影響資料的物理性能，如資料組織中晶粒增大，界面減少，可提高導(dǎo)磁織中晶粒增大，界面減少，可提高導(dǎo)磁率，降低矯頑力。率，降低矯頑力。內(nèi)容提要內(nèi)容提要 固體外表力場與外表能。固體外表力場與外表能。離子晶體在外表力場作用下，離子的極化與重排過程。離子晶體在外表力場作用下，離子的極化與重排過程。多相體系中的界面化學(xué)：如彎曲效應(yīng)、潤濕與粘附，多相體系中的界面化學(xué)：如彎曲效應(yīng)、潤濕與粘附， 外表改性。外表改性。多晶資料中的晶界分類，多晶體的組織，晶界應(yīng)力與電荷。多晶資料中的晶界分類，多晶體的組織，晶界應(yīng)力與電荷。相界：構(gòu)造不同的兩塊晶

4、體或構(gòu)造一樣而點(diǎn)陣相界：構(gòu)造不同的兩塊晶體或構(gòu)造一樣而點(diǎn)陣 參數(shù)不同的兩塊晶體接合的界面參數(shù)不同的兩塊晶體接合的界面晶界：同種資料一樣構(gòu)造的兩個(gè)晶粒間的邊境晶界：同種資料一樣構(gòu)造的兩個(gè)晶粒間的邊境界面：總稱兩個(gè)獨(dú)立體系的相交處，包括外表、界面：總稱兩個(gè)獨(dú)立體系的相交處，包括外表、 相界、晶界相界、晶界 第一節(jié)第一節(jié) 固體的外表固體的外表 主要內(nèi)容：固體外表的特征、構(gòu)造和主要內(nèi)容：固體外表的特征、構(gòu)造和固體的外表能固體的外表能 外表把一個(gè)相和它本身蒸汽或真外表把一個(gè)相和它本身蒸汽或真空接觸的分界面?？战佑|的分界面。 界面把一相與另一相界面把一相與另一相( (構(gòu)造不同構(gòu)造不同) )接觸的分界面。接

5、觸的分界面。 相界面相界面: 相鄰相之間的交界面稱為相鄰相之間的交界面稱為相界面。相界面有三類：相界面。相界面有三類： 如固相與固相的相界面如固相與固相的相界面SS； 固相與氣相之間的相界面固相與氣相之間的相界面SV； 固相與液相之間的相界面固相與液相之間的相界面SL。(1) 絕大多數(shù)晶體是各向異性，因此同一晶絕大多數(shù)晶體是各向異性，因此同一晶體可以有許多性能不同的外表。體可以有許多性能不同的外表。(2)同一種物質(zhì)制備和加工條件不同也會(huì)有不同一種物質(zhì)制備和加工條件不同也會(huì)有不同的外表性質(zhì)。同的外表性質(zhì)。(3)晶格缺陷、空位或位錯(cuò)而呵斥外表不均勻。晶格缺陷、空位或位錯(cuò)而呵斥外表不均勻。1. 固體

6、外表特點(diǎn)固體外表特點(diǎn) 一、固體外表的特征一、固體外表的特征n(4)(4)暴露在空氣中，外表被外來物質(zhì)所污暴露在空氣中，外表被外來物質(zhì)所污染，外來原子可占據(jù)不同的外表位置，染，外來原子可占據(jù)不同的外表位置，構(gòu)成有序或無序陳列，也引起外表不均構(gòu)成有序或無序陳列，也引起外表不均勻。勻。n(5) (5) 固體外表無論怎樣光滑，從原子尺固體外表無論怎樣光滑，從原子尺寸衡量，實(shí)踐上也是凹凸不平的。寸衡量，實(shí)踐上也是凹凸不平的。 晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周圍都存在著一晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周圍都存在著一個(gè)力場，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點(diǎn)力場是對(duì)稱個(gè)力場，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點(diǎn)力場是對(duì)稱的。但在固體外表，質(zhì)點(diǎn)陳列的周期反的。但在固體外表，質(zhì)點(diǎn)

7、陳列的周期反復(fù)性中斷，使處于外表邊境上的質(zhì)點(diǎn)力復(fù)性中斷，使處于外表邊境上的質(zhì)點(diǎn)力場對(duì)稱性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力，稱場對(duì)稱性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力，稱之為固體外表力。之為固體外表力。外表力的分類：外表力的分類：定義：定義：(1) (1) 范得華力范得華力( (分子引力分子引力) )(2) (2) 化學(xué)力化學(xué)力 (1) (1) 范得華力范得華力( (分子引力分子引力) ) 是固體外表產(chǎn)生物理吸附或氣體凝聚的緣由。與液體是固體外表產(chǎn)生物理吸附或氣體凝聚的緣由。與液體內(nèi)壓、外表張力、蒸汽壓、蒸發(fā)熱等性質(zhì)有關(guān)。內(nèi)壓、外表張力、蒸汽壓、蒸發(fā)熱等性質(zhì)有關(guān)。 定向作用力定向作用力FK(FK(靜電力靜電力),)

8、,發(fā)生于極性分子之間。發(fā)生于極性分子之間。 誘導(dǎo)作用力誘導(dǎo)作用力FDFD，發(fā)生于極性與非極性分子之間。，發(fā)生于極性與非極性分子之間。 分散作用力分散作用力FL(FL(色散力色散力) )，發(fā)生于非極性分子之間。，發(fā)生于非極性分子之間。 表達(dá)式：表達(dá)式：F F范范FKFKFDFDFL FL 1/r7 1/r7 闡明：分子間引力的作用范圍極小，普通為闡明：分子間引力的作用范圍極小，普通為3 35 5。 范得華力只表現(xiàn)出引力作用。范得華力只表現(xiàn)出引力作用。 (2) (2) 化學(xué)力：化學(xué)力： 靜電力。來自外表質(zhì)點(diǎn)的不飽和價(jià)鍵。靜電力。來自外表質(zhì)點(diǎn)的不飽和價(jià)鍵。 離子晶體的外表化學(xué)力主要取決于晶格能和極離

9、子晶體的外表化學(xué)力主要取決于晶格能和極 化作用?；饔?。 普通來說，外表能與晶格能成正比，與分子體普通來說，外表能與晶格能成正比，與分子體積成反比。積成反比。二、晶體外表構(gòu)造二、晶體外表構(gòu)造1. 1. 離子晶體外表離子晶體外表超細(xì)構(gòu)造超細(xì)構(gòu)造( (微觀質(zhì)點(diǎn)陳列微觀質(zhì)點(diǎn)陳列) )顯微構(gòu)造顯微構(gòu)造( (外表幾何形狀外表幾何形狀) ) 離子晶體離子晶體(MX型型)在外表力作用在外表力作用下離子的極化與重排過程下離子的極化與重排過程 1. 離子晶體MX在外表力作用下，處于外表層的負(fù)離子X在外側(cè)不飽和，負(fù)離子極化率大，經(jīng)過電子云拉向內(nèi)側(cè)正離子一方的極化變形來降低外表能。這一過程稱為松弛，它是瞬間完成的，

10、接著發(fā)生離子重排。 NaClNaCl晶體晶體圖圖 離子晶體外表的電子云變形和離子晶體外表的電子云變形和離子重排離子重排2. 2. 從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)定性思索作用力較定性思索作用力較大，極化率小的正大，極化率小的正離子應(yīng)處于穩(wěn)定的離子應(yīng)處于穩(wěn)定的晶格位置，而易極晶格位置，而易極化的負(fù)離子受誘導(dǎo)化的負(fù)離子受誘導(dǎo)極化偶極子排斥而極化偶極子排斥而推向外側(cè)，從而構(gòu)推向外側(cè)，從而構(gòu)成外表雙電層。重成外表雙電層。重排結(jié)果使晶體外表排結(jié)果使晶體外表能量趨于穩(wěn)定。能量趨于穩(wěn)定。 3 3、 NaCl NaCl構(gòu)成雙電層厚度為構(gòu)成雙電層厚度為0.02nm,0.02nm,在在Al2O3Al2O3、SiO2SiO

11、2、ZrO2ZrO2等外表上也會(huì)構(gòu)成雙電層。等外表上也會(huì)構(gòu)成雙電層。 4 4、當(dāng)外表構(gòu)成雙電層后，它將向內(nèi)層發(fā)生作用，、當(dāng)外表構(gòu)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，這種作用隨著向晶并引起內(nèi)層離子的極化和重排，這種作用隨著向晶體的縱深推移而逐漸衰減。外表效應(yīng)所能到達(dá)的深體的縱深推移而逐漸衰減。外表效應(yīng)所能到達(dá)的深度，與陰、陽離子的半徑差有關(guān)，差愈大深度愈深。度，與陰、陽離子的半徑差有關(guān)，差愈大深度愈深。 5 5、離子極化性能愈大，雙電層愈厚，從而外表、離子極化性能愈大，雙電層愈厚，從而外表能愈低。能愈低?？偪?結(jié)結(jié) 松馳過程松馳過程 重排過程重排過程 離子鍵逐漸過渡為共價(jià)

12、鍵離子鍵逐漸過渡為共價(jià)鍵外表雙電層外表雙電層 外表等負(fù)性外表等負(fù)性 雙電層厚度由極化程度決議雙電層厚度由極化程度決議極化變形極化變形大大外表能小外表能小硬度小。硬度小。 可以預(yù)期，對(duì)于其它由半徑大的負(fù)離子與可以預(yù)期，對(duì)于其它由半徑大的負(fù)離子與半徑小的正離子組成的化合物，特別是金屬氧半徑小的正離子組成的化合物，特別是金屬氧化物如化物如Al2O3Al2O3、SiO2SiO2等也會(huì)有相應(yīng)效應(yīng)。而產(chǎn)等也會(huì)有相應(yīng)效應(yīng)。而產(chǎn)生這種變化的程度主要取決于離子極化性能。生這種變化的程度主要取決于離子極化性能。 如：如：PbI2PbI2外表能最小外表能最小130130爾格厘米爾格厘米2 2，PbF2PbF2次之次

13、之900900爾格厘米爾格厘米2 2，CaF2CaF2最最大大25002500爾格厘米爾格厘米2 2。這正由于。這正由于Pb2+Pb2+與與I-I-都具有大的極化性能所致。當(dāng)用極化性能較小都具有大的極化性能所致。當(dāng)用極化性能較小的的Ca2+Ca2+和和F-F-依次置換依次置換PbI2PbI2中的中的Pb2+Pb2+和和I-I-離子時(shí)，離子時(shí)，相應(yīng)的外表能和硬度迅速添加?？梢灶A(yù)料相應(yīng)相應(yīng)的外表能和硬度迅速添加?？梢灶A(yù)料相應(yīng)的外表雙電層厚度將減小。的外表雙電層厚度將減小。 化合物化合物表面能表面能（N/m）硬硬 度度PbI2PbF2BaSO4SrSO4CaF20.130.901.251.402.5

14、0122.53.533.54某些晶體中極化性能與外表能關(guān)系某些晶體中極化性能與外表能關(guān)系 三、粉體外表構(gòu)造三、粉體外表構(gòu)造 粉體在制備過程中，由于反復(fù)地破碎，不斷粉體在制備過程中，由于反復(fù)地破碎，不斷構(gòu)成新的外表。外表層離子的極化變形和重排使構(gòu)成新的外表。外表層離子的極化變形和重排使外表晶格畸變，有序性降低。外表晶格畸變，有序性降低。 因此，隨著粒子的微細(xì)化，比外表增大，外因此，隨著粒子的微細(xì)化，比外表增大，外表構(gòu)造的有序程度遭到愈來愈劇烈的擾亂并不斷表構(gòu)造的有序程度遭到愈來愈劇烈的擾亂并不斷向顆粒深部擴(kuò)展，最后使份體外表構(gòu)造趨于無定向顆粒深部擴(kuò)展，最后使份體外表構(gòu)造趨于無定形化。形化。 基于

15、基于X X射線、熱分析和其它物理化學(xué)射線、熱分析和其它物理化學(xué)方法對(duì)粉體外表構(gòu)造所作的研討測定，提方法對(duì)粉體外表構(gòu)造所作的研討測定，提出兩種不同的模型。出兩種不同的模型。 一種以為粉體外表層是無定形構(gòu)造；一種以為粉體外表層是無定形構(gòu)造； 一種以為粉體外表層是粒度極小的微一種以為粉體外表層是粒度極小的微晶構(gòu)造。晶構(gòu)造。 粉體外表層是無定形構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：粉體外表層是無定形構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證： 石英的相變吸熱峰面積隨石英的相變吸熱峰面積隨SiO2SiO2粒度的變化；粒度的變化； 石英密度值隨粒度的變化。石英密度值隨粒度的變化。n當(dāng)石英粒度減小到當(dāng)石英粒度減小到5 510m10m時(shí)，發(fā)生相時(shí)，發(fā)生相變的

16、石英量顯著減少。當(dāng)粒度為變的石英量顯著減少。當(dāng)粒度為1.3 m1.3 m時(shí)，僅有一半的石英發(fā)生上述相轉(zhuǎn)變。時(shí)，僅有一半的石英發(fā)生上述相轉(zhuǎn)變。n用用HFHF酸溶去外表物后，相變的石英量添酸溶去外表物后，相變的石英量添加到加到100%100%。 粉體外表層是微晶構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：粉體外表層是微晶構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證： 對(duì)粉體進(jìn)展更準(zhǔn)確的對(duì)粉體進(jìn)展更準(zhǔn)確的X X射線和電子衍射研討射線和電子衍射研討發(fā)現(xiàn)，其發(fā)現(xiàn)，其X X射線譜線不僅強(qiáng)度減弱而且寬度明顯變射線譜線不僅強(qiáng)度減弱而且寬度明顯變寬。因此以為粉體外表并非無定形狀，而是覆蓋了寬。因此以為粉體外表并非無定形狀，而是覆蓋了一層尺寸極小的微晶體，即外表是呈微晶

17、化形狀。一層尺寸極小的微晶體，即外表是呈微晶化形狀。由于微晶體的晶格是嚴(yán)重畸變的，晶格常數(shù)不同于由于微晶體的晶格是嚴(yán)重畸變的，晶格常數(shù)不同于正常值而且非常分散，這才使其正常值而且非常分散，這才使其X X射線譜線明顯變射線譜線明顯變寬。寬。 對(duì)鱗石英粉體外表的易溶層進(jìn)展的對(duì)鱗石英粉體外表的易溶層進(jìn)展的X X射線測定射線測定闡明，它并不是無定形質(zhì)；從潤濕熱測定中也發(fā)現(xiàn)闡明，它并不是無定形質(zhì)；從潤濕熱測定中也發(fā)現(xiàn)其外表層存在有硅醇基團(tuán)。其外表層存在有硅醇基團(tuán)。 四、玻璃外表構(gòu)造四、玻璃外表構(gòu)造 外表張力的存在，使玻璃外表組成與內(nèi)外表張力的存在，使玻璃外表組成與內(nèi)部顯著不同部顯著不同 在熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ?/p>

18、體的過程中，為了堅(jiān)在熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａw的過程中，為了堅(jiān)持最小外表能，各成分將按其對(duì)外表自在能的持最小外表能，各成分將按其對(duì)外表自在能的奉獻(xiàn)才干自發(fā)地轉(zhuǎn)移和分散。奉獻(xiàn)才干自發(fā)地轉(zhuǎn)移和分散。 在玻璃成型和退火過程中，堿、氟等易在玻璃成型和退火過程中，堿、氟等易揮發(fā)組分自外表揮發(fā)損失。揮發(fā)組分自外表揮發(fā)損失。n 因此，即使是新穎的玻璃外表，因此，即使是新穎的玻璃外表，其化學(xué)成分、構(gòu)造也會(huì)不同于內(nèi)部。其化學(xué)成分、構(gòu)造也會(huì)不同于內(nèi)部。這種差別可以從外表折射率、化學(xué)這種差別可以從外表折射率、化學(xué)穩(wěn)定性、結(jié)晶傾向以及強(qiáng)度等性質(zhì)穩(wěn)定性、結(jié)晶傾向以及強(qiáng)度等性質(zhì)的觀測結(jié)果得到證明。的觀測結(jié)果得到證明。 玻璃中的極化

19、離子會(huì)對(duì)外表構(gòu)造和性質(zhì)玻璃中的極化離子會(huì)對(duì)外表構(gòu)造和性質(zhì)產(chǎn)生影響。產(chǎn)生影響。 對(duì)于含有較高極化性能的離子如對(duì)于含有較高極化性能的離子如Pb2+Pb2+、Sn2+Sn2+、Sb3+Sb3+、Cd2+Cd2+等的玻璃，其外表構(gòu)造和等的玻璃，其外表構(gòu)造和性質(zhì)會(huì)明顯遭到這些離子在外表的陳列取向性質(zhì)會(huì)明顯遭到這些離子在外表的陳列取向情況的影響。這種作用本質(zhì)上也是極化問題。情況的影響。這種作用本質(zhì)上也是極化問題。 例如鉛玻璃，由于鉛原子最外層有例如鉛玻璃，由于鉛原子最外層有4 4個(gè)個(gè)價(jià)電子價(jià)電子6S26P26S26P2，當(dāng)構(gòu)成，當(dāng)構(gòu)成Pb2+Pb2+時(shí)，因最時(shí)，因最外層尚有兩個(gè)電子，對(duì)接近于它的外層尚有兩

20、個(gè)電子，對(duì)接近于它的O2-O2-產(chǎn)生產(chǎn)生斥力，致使斥力，致使Pb2+Pb2+的作用電場不對(duì)稱，的作用電場不對(duì)稱，Pb2+Pb2+以以2Pb2+ 2Pb2+ Pb4+ + Pb0Pb4+ + Pb0方式被極化變形。方式被極化變形。在常溫時(shí)，外表極化離子的電矩通常是在常溫時(shí)，外表極化離子的電矩通常是朝內(nèi)部取向以降低其外表能。因此常溫下鉛朝內(nèi)部取向以降低其外表能。因此常溫下鉛玻璃具有特別低的吸濕性。但隨溫度升高，玻璃具有特別低的吸濕性。但隨溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了外表極化離子的定向陳列，故熱運(yùn)動(dòng)破壞了外表極化離子的定向陳列，故鉛玻璃呈現(xiàn)正的外表張力溫度系數(shù)。鉛玻璃呈現(xiàn)正的外表張力溫度系數(shù)。不同極化性能

21、的離子進(jìn)入玻璃外表層后，不同極化性能的離子進(jìn)入玻璃外表層后，對(duì)外表構(gòu)造和性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。對(duì)外表構(gòu)造和性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。分析面心立方構(gòu)造分析面心立方構(gòu)造(100)、(110)、(111)三個(gè)低指數(shù)面上原三個(gè)低指數(shù)面上原子的分布。子的分布。(11五五. 晶體外表的幾何構(gòu)造晶體外表的幾何構(gòu)造不同的晶面不同的晶面上，原子密上，原子密度不同，故度不同，故其吸附性、其吸附性、溶解度、反溶解度、反響活性不同響活性不同理想外表理想外表 實(shí)驗(yàn)觀測闡明，固體實(shí)踐外表是實(shí)驗(yàn)觀測闡明，固體實(shí)踐外表是不規(guī)那么而粗糙的，存在著無數(shù)臺(tái)階、不規(guī)那么而粗糙的，存在著無數(shù)臺(tái)階、裂痕和凹凸不平的峰谷。這些不同的裂痕和凹凸

22、不平的峰谷。這些不同的幾何形狀同樣會(huì)對(duì)外表性質(zhì)產(chǎn)生影響，幾何形狀同樣會(huì)對(duì)外表性質(zhì)產(chǎn)生影響，其中最重要的是外表粗糙度和微裂紋。其中最重要的是外表粗糙度和微裂紋。 外表粗糙度會(huì)引起外表力場變化，進(jìn)外表粗糙度會(huì)引起外表力場變化，進(jìn)而影響其外表性質(zhì)。而影響其外表性質(zhì)。從色散力的本質(zhì)可見，位于凹谷深處從色散力的本質(zhì)可見，位于凹谷深處的質(zhì)點(diǎn)，其色散力最大，凹谷面上和平面的質(zhì)點(diǎn)，其色散力最大，凹谷面上和平面上次之，位于峰頂處那么最??；反之，對(duì)上次之，位于峰頂處那么最??；反之，對(duì)于靜電力，那么位于孤立峰頂處應(yīng)最大，于靜電力，那么位于孤立峰頂處應(yīng)最大，而凹谷深處最小。而凹谷深處最小。 由于固體外表的不平坦構(gòu)造，

23、使外表力由于固體外表的不平坦構(gòu)造，使外表力場變得不均勻，其活性和其它外表性質(zhì)也場變得不均勻，其活性和其它外表性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。隨之發(fā)生變化。 其次，粗糙度還直接影響到固體比外表其次，粗糙度還直接影響到固體比外表積、內(nèi)、外外表積比值以及與之相關(guān)的屬積、內(nèi)、外外表積比值以及與之相關(guān)的屬性，如強(qiáng)度、密度、潤濕、孔隙率和孔隙性，如強(qiáng)度、密度、潤濕、孔隙率和孔隙構(gòu)造、透氣性和浸透性等。構(gòu)造、透氣性和浸透性等。 此外，粗糙度還關(guān)系到兩種資料間的此外，粗糙度還關(guān)系到兩種資料間的封接和結(jié)合界面間的吻合和結(jié)合強(qiáng)度。封接和結(jié)合界面間的吻合和結(jié)合強(qiáng)度。cEc 2 斷裂強(qiáng)度；斷裂強(qiáng)度；E E：彈性模量；：彈性模量；

24、：外表能；：外表能；c c：微裂紋長度：微裂紋長度v 控制外表裂紋的大小、數(shù)目和控制外表裂紋的大小、數(shù)目和擴(kuò)展，就能更充分地利用資料固有擴(kuò)展，就能更充分地利用資料固有的強(qiáng)度。的強(qiáng)度。v 例如，玻璃的鋼化和預(yù)應(yīng)力混例如，玻璃的鋼化和預(yù)應(yīng)力混凝土制品的加強(qiáng)原理就是使外層經(jīng)凝土制品的加強(qiáng)原理就是使外層經(jīng)過外表處置而處于壓應(yīng)力形狀，從過外表處置而處于壓應(yīng)力形狀，從而閉合外表微裂紋而閉合外表微裂紋 六、固體的外表能六、固體的外表能 液體外表張力和外表能在數(shù)值上是相液體外表張力和外表能在數(shù)值上是相等的等的(液體中液體中,拉伸外表前后構(gòu)造不變拉伸外表前后構(gòu)造不變)。在。在思索界面性質(zhì)的熱力學(xué)問題時(shí)，用外表能

25、思索界面性質(zhì)的熱力學(xué)問題時(shí)，用外表能恰當(dāng)，而在分析各種界面交接時(shí)的相互作恰當(dāng)，而在分析各種界面交接時(shí)的相互作用以及它們的平衡關(guān)系時(shí)，剛采用外表張用以及它們的平衡關(guān)系時(shí)，剛采用外表張力較方便。在液體中這兩個(gè)概念常交替運(yùn)力較方便。在液體中這兩個(gè)概念常交替運(yùn)用。用。 對(duì)于固體，僅僅當(dāng)緩慢的分散過程引對(duì)于固體，僅僅當(dāng)緩慢的分散過程引起外表或界面面積發(fā)生變化時(shí)，例如晶起外表或界面面積發(fā)生變化時(shí)，例如晶粒生長過程中晶界運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述兩個(gè)量粒生長過程中晶界運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述兩個(gè)量在數(shù)值上相等。在數(shù)值上相等。 假設(shè)引起外表變形過程比原子遷移速假設(shè)引起外表變形過程比原子遷移速率快得多，那么外表構(gòu)造受拉伸或緊縮率快得多，

26、那么外表構(gòu)造受拉伸或緊縮而與正常構(gòu)造不同，在這種情況下，外而與正常構(gòu)造不同，在這種情況下，外表能與外表張力在數(shù)值上不相等。表能與外表張力在數(shù)值上不相等。 bsuu21 ub ub 為破壞化學(xué)鍵所需能量為破壞化學(xué)鍵所需能量us us 為外表能為外表能以金剛石的外表能計(jì)算為例，假設(shè)解理面平以金剛石的外表能計(jì)算為例，假設(shè)解理面平行于行于(111)(111)面，可計(jì)算出每面，可計(jì)算出每m2m2上有上有1.831.8310191019個(gè)鍵，個(gè)鍵，假設(shè)取鍵能為假設(shè)取鍵能為376.6kJmol376.6kJmol1 1，那么可算出外表能，那么可算出外表能為：為：223319/72. 510022. 6106

27、 .3761083. 121mJus1. 1. 共價(jià)晶體外表能共價(jià)晶體外表能 2. 離子晶體的外表能)1(00ibissnnNUL r0 為為0K時(shí)的外表能；時(shí)的外表能；LS 為為1m2外表上的原子數(shù)；外表上的原子數(shù)；nis、nib 分別表示第分別表示第i個(gè)原子在晶體外表和個(gè)原子在晶體外表和 晶體體內(nèi)最臨近的原子數(shù)晶體體內(nèi)最臨近的原子數(shù);Uo 為晶格能；為晶格能；N 為阿佛加德羅常數(shù)。為阿佛加德羅常數(shù)。 MgO晶體晶體U0 = 3.93103J/mol，LS = 2.261019/m2，N = 6.0231023/mol和和nis/nib = 5/6。 由方程由方程(-4)計(jì)算得到計(jì)算得到0

28、= 24.5J/m2。 在在77K下，真空中測得下，真空中測得MgO的的為為1.28J/m2。由此可見，計(jì)算值約是實(shí)驗(yàn)值的。由此可見，計(jì)算值約是實(shí)驗(yàn)值的20倍。倍。 )1(00ibissnnNUL 固體與氣體、液相或其它固相接觸的面固體與氣體、液相或其它固相接觸的面稱為固體界面。稱為固體界面。一、一、 彎曲外表效應(yīng)彎曲外表效應(yīng)彎曲外表彎曲外表: :由于外表張力的存在而產(chǎn)生一個(gè)附由于外表張力的存在而產(chǎn)生一個(gè)附加壓力加壓力。 對(duì)于球面：對(duì)于球面： 2/r 2/r : :為外表張力為外表張力 第二節(jié)第二節(jié) 固體界面固體界面 對(duì)于非球面：對(duì)于非球面：(1/r1+1/r2) 討論：討論： (1) 當(dāng)當(dāng)

29、r1 r2時(shí)，時(shí)， 2/r ； (2)當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液體液面上體液面上/r1 (由于由于r2) 當(dāng)當(dāng)r1 很小時(shí)，此時(shí)壓力稱為毛細(xì)管很小時(shí)，此時(shí)壓力稱為毛細(xì)管力。力。 附加壓力附加壓力總是指向曲面的曲率中總是指向曲面的曲率中心，當(dāng)曲面為凸面時(shí)為正值，凹面時(shí)心，當(dāng)曲面為凸面時(shí)為正值，凹面時(shí)為負(fù)值。為負(fù)值。 與曲率半徑成反比，而與外與曲率半徑成反比，而與外表張力成正比。表張力成正比。 當(dāng)曲率半徑很小時(shí)，由于外表當(dāng)曲率半徑很小時(shí)，由于外表張力引起的壓力差可以到達(dá)每平方張力引起的壓力差可以到達(dá)每平方厘米幾十公斤的壓力。正是這個(gè)附厘米幾十公斤的壓力。正是這個(gè)附加壓

30、力推進(jìn)了燒結(jié)過程的進(jìn)展。加壓力推進(jìn)了燒結(jié)過程的進(jìn)展。2/r彎曲外表對(duì)液體外表蒸汽壓的影響彎曲外表對(duì)液體外表蒸汽壓的影響 將一杯液體分散成微小液滴時(shí)，液面將一杯液體分散成微小液滴時(shí)，液面就由平面變成凸面，凸形曲面對(duì)液滴所施就由平面變成凸面，凸形曲面對(duì)液滴所施加的附加壓力使液體的化學(xué)位添加，從而加的附加壓力使液體的化學(xué)位添加，從而使液滴的蒸氣壓隨之增大。所以，液滴的使液滴的蒸氣壓隨之增大。所以，液滴的蒸氣壓必然大于同溫度下平面液體的蒸氣蒸氣壓必然大于同溫度下平面液體的蒸氣壓壓 。水滴半徑與相對(duì)蒸汽壓關(guān)系水滴半徑與相對(duì)蒸汽壓關(guān)系水滴半徑水滴半徑r/cm Pr/P010-41.00110-51.011

31、10-61.11110-72.95 水滴半徑愈小，平水滴半徑愈小，平衡的蒸汽壓越大。衡的蒸汽壓越大。 高空無塵時(shí)的蒸汽高空無塵時(shí)的蒸汽壓比平液面時(shí)液體的飽壓比平液面時(shí)液體的飽和蒸汽壓高很多，而不和蒸汽壓高很多，而不凝結(jié)成水，為什么？凝結(jié)成水，為什么？ 由于對(duì)將要構(gòu)成的由于對(duì)將要構(gòu)成的小水滴來說未達(dá)飽和。小水滴來說未達(dá)飽和。 空中撒入凝結(jié)中心空中撒入凝結(jié)中心如如AgIAgI小晶粒，使凝結(jié)水小晶粒，使凝結(jié)水滴的初始曲率半徑加大。滴的初始曲率半徑加大。凸面蒸氣壓平面凹面凸面蒸氣壓平面凹面 當(dāng)外表曲率在當(dāng)外表曲率在1m1m時(shí)，由曲率半時(shí)，由曲率半徑差別而引起的壓差己非常顯著。徑差別而引起的壓差己非常顯

32、著。這種蒸氣壓差，在高溫下足以引這種蒸氣壓差，在高溫下足以引起微細(xì)粉體外表上出現(xiàn)由凸面蒸發(fā)而起微細(xì)粉體外表上出現(xiàn)由凸面蒸發(fā)而向凹面凝聚的氣相傳質(zhì)過程，這是粉向凹面凝聚的氣相傳質(zhì)過程，這是粉體燒結(jié)傳質(zhì)的一種方式。體燒結(jié)傳質(zhì)的一種方式。 凹面上蒸氣壓低于平面上蒸氣壓。凹面上蒸氣壓低于平面上蒸氣壓。假設(shè)在指定溫度下，環(huán)境蒸氣壓為假設(shè)在指定溫度下，環(huán)境蒸氣壓為P0P0時(shí)時(shí)(P(P凹凹P0P0P P平，那么該蒸氣壓對(duì)平平，那么該蒸氣壓對(duì)平面液體末達(dá)飽和，但對(duì)管內(nèi)凹面液體已面液體末達(dá)飽和，但對(duì)管內(nèi)凹面液體已呈過飽和，此蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)會(huì)凝聚成呈過飽和，此蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)會(huì)凝聚成液體液體 。 毛細(xì)管凝聚景象在生

33、活和消費(fèi)中常毛細(xì)管凝聚景象在生活和消費(fèi)中?？捎龅??？捎龅?。例如，陶瓷生坯中有很多毛細(xì)孔，例如，陶瓷生坯中有很多毛細(xì)孔，從而有許多毛細(xì)管凝聚水，這些水由于從而有許多毛細(xì)管凝聚水，這些水由于蒸氣壓低而不容易被排除，假設(shè)不預(yù)先蒸氣壓低而不容易被排除，假設(shè)不預(yù)先充分枯燥，入窯將易炸裂。充分枯燥，入窯將易炸裂。又如水泥地面在冬天易凍裂也與毛又如水泥地面在冬天易凍裂也與毛細(xì)管凝聚水的存在有關(guān)細(xì)管凝聚水的存在有關(guān) 外表曲率對(duì)其蒸氣壓、溶解度和外表曲率對(duì)其蒸氣壓、溶解度和熔化溫度等物理性質(zhì)有著重要的影響。熔化溫度等物理性質(zhì)有著重要的影響。固體顆粒愈小，外表曲率愈大，那么固體顆粒愈小，外表曲率愈大，那么蒸氣壓和

34、溶解度增高，而熔化溫度降蒸氣壓和溶解度增高，而熔化溫度降低。低。彎曲外表的這些效應(yīng)在以微細(xì)粉彎曲外表的這些效應(yīng)在以微細(xì)粉體作為原料的無機(jī)資料工業(yè)中，無疑體作為原料的無機(jī)資料工業(yè)中，無疑將會(huì)影響一系列工藝過程和最終產(chǎn)品將會(huì)影響一系列工藝過程和最終產(chǎn)品的性能。的性能。 潤濕是固液界面上的重要行為。潤濕是固液界面上的重要行為。 運(yùn)用：機(jī)械的光滑、金屬焊接、陶瓷和搪瓷運(yùn)用：機(jī)械的光滑、金屬焊接、陶瓷和搪瓷的坯釉結(jié)合、陶瓷與金屬的封接等。的坯釉結(jié)合、陶瓷與金屬的封接等。 定義：固液接觸后，體系吉布斯自在焓降低定義：固液接觸后，體系吉布斯自在焓降低時(shí)就稱為潤濕。時(shí)就稱為潤濕。 分類：分類：二、二、 潤濕與

35、粘附潤濕與粘附按潤濕程度按潤濕程度附著潤濕附著潤濕鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇窠n潤濕浸漬潤濕 附著潤濕的吉布斯自在焓變化為：附著潤濕的吉布斯自在焓變化為： G1 G1 SL SL (LV (LV SV )SV ) 附著功：附著功：W W LV LV SV SV SL SL W W愈大表示固液界面結(jié)合愈牢，即附愈大表示固液界面結(jié)合愈牢，即附著潤濕愈強(qiáng)。著潤濕愈強(qiáng)。：界面張力：界面張力1 1附著潤濕附著潤濕液氣界面液氣界面(L-g)(L-g)固氣界面固氣界面(S-g)(S-g)固液界面固液界面(S-L)(S-L)固體固體液體液體SVLSVLVSLLVSLSV q q cosq q cosLVSLSV+ +

36、2鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇瘢航缑鎻埩Γ航缑鎻埩?SLSL是固液界面張力，二者力圖使液體變是固液界面張力，二者力圖使液體變?yōu)榍蛐?，阻止液相潤濕固相。為球形，阻止液相潤濕固相?SVSV是固氣界面張力，力圖把液體拉開，是固氣界面張力，力圖把液體拉開，要覆蓋固體外表，使固體外表能下降。要覆蓋固體外表，使固體外表能下降。 LVLV是液體對(duì)其本身蒸汽的界面張力。是液體對(duì)其本身蒸汽的界面張力。 三種界面張力的作用是減少各自界面而得三種界面張力的作用是減少各自界面而得以穩(wěn)定。以穩(wěn)定。潤濕與液滴的外形潤濕與液滴的外形(A)(A)不潤濕，不潤濕，90o90o，因潤濕張力小而不潤濕；，因潤濕張力小而不潤濕； (B)(B)

37、潤濕，潤濕，90o SL ,SV SL ,那么那么90o ,90o ,浸漬潤濕過程將自浸漬潤濕過程將自發(fā)進(jìn)展，此時(shí)發(fā)進(jìn)展，此時(shí)G0G0假設(shè)假設(shè)SV SL ,SV 90o ,90o ,要將固體浸入液體要將固體浸入液體之中必需做功，之中必需做功， 此時(shí)此時(shí) G0 G0 固固液體液體固固總結(jié)：總結(jié)： 1 1、三種潤濕的共同點(diǎn)是液體將氣體從固體外表排斥、三種潤濕的共同點(diǎn)是液體將氣體從固體外表排斥開，使原有的固氣或開，使原有的固氣或 液氣界面消逝，而代之以固液氣界面消逝，而代之以固液界面。液界面。 2 2、改善潤濕的方法：、改善潤濕的方法： 由由coscosSV SV SL )/ LV SL )/ LV

38、 可知可知 (1) (1) 降低降低SLSL (2) (2)去除固體外表吸附膜，提高去除固體外表吸附膜，提高SVSV (3) (3)改動(dòng)粗糙度改動(dòng)粗糙度 潤濕是人們消費(fèi)實(shí)際和日常生活中經(jīng)常遇到潤濕是人們消費(fèi)實(shí)際和日常生活中經(jīng)常遇到的景象。很多工業(yè)技術(shù)中要求改善固液界面的潤的景象。很多工業(yè)技術(shù)中要求改善固液界面的潤濕性，但也有很多場所要求固液界面不潤濕。濕性，但也有很多場所要求固液界面不潤濕。 如礦物浮選，要求分別去的雜質(zhì)為水潤濕，而如礦物浮選，要求分別去的雜質(zhì)為水潤濕，而有用的礦石不為水所潤濕。有用的礦石不為水所潤濕。 又如防雨布、防水涂層等。又如防雨布、防水涂層等。 以上是理想固體外表，用接

39、觸角判別以上是理想固體外表，用接觸角判別液體能否潤濕固體外表。液體能否潤濕固體外表。 真實(shí)外表的情況是：真實(shí)外表的情況是：外表污染，外表化學(xué)組成不均勻；外表污染，外表化學(xué)組成不均勻；不同晶面質(zhì)點(diǎn)陳列嚴(yán)密程度不同，外表能不不同晶面質(zhì)點(diǎn)陳列嚴(yán)密程度不同，外表能不同；同；外表粗糙度。外表粗糙度。 真實(shí)外表給接觸角的測定帶來很多困難，真實(shí)外表給接觸角的測定帶來很多困難，對(duì)潤濕過程發(fā)生重要影響。對(duì)潤濕過程發(fā)生重要影響。影響潤濕的要素影響潤濕的要素1 1固體外表粗糙度固體外表粗糙度 粗糙外表的真實(shí)接觸角無粗糙外表的真實(shí)接觸角無法測定，只能是表觀接觸角法測定，只能是表觀接觸角n. n. 0cos+SSVnS

40、LVSSLnnqnnqqcoscosn：粗糙度系數(shù)，總大于：粗糙度系數(shù)，總大于1q q q qcos)(cosnnLVSLSVn 1 19090時(shí)，時(shí)，, ,使使cosn/cos=n1, cosn/cos=n1, 那么那么n n ，表觀接觸角小于理想外表的接觸角，更易潤濕。，表觀接觸角小于理想外表的接觸角，更易潤濕。 當(dāng)真實(shí)接觸角當(dāng)真實(shí)接觸角小于小于9090時(shí)，粗糙度愈大，表觀接時(shí)，粗糙度愈大，表觀接觸角愈小，就容易潤濕。觸角愈小，就容易潤濕。 水泥與混凝土之間，因再水泥與混凝土之間，因再者同屬硅酸鹽資料者同屬硅酸鹽資料 90 外表愈粗糙，外表愈粗糙， 越小，潤越小，潤濕性愈好，結(jié)合越強(qiáng)。濕性

41、愈好，結(jié)合越強(qiáng)。2 29090時(shí)，時(shí)，, ,使使cosn/cos=n1, cosn/cos=n1, 那么那么n n ，表觀接觸角大于理想外，表觀接觸角大于理想外表的接觸角，不易潤濕。表的接觸角，不易潤濕。 即：當(dāng)即：當(dāng)大于大于9090時(shí)，那么粗糙度愈時(shí)，那么粗糙度愈大，表觀接觸角也大，不利于潤濕。大，表觀接觸角也大，不利于潤濕。 陶瓷是無機(jī)資料，銀是金屬資料，不易陶瓷是無機(jī)資料，銀是金屬資料，不易潤濕，即潤濕，即9090。粗糙度愈大，表觀接觸角。粗糙度愈大，表觀接觸角也大，即也大，即也越大，不利潤濕。也越大，不利潤濕。 故，陶瓷元件外表被銀，必需先將瓷件故，陶瓷元件外表被銀，必需先將瓷件外表磨

42、平并拋光，才干提高瓷件與銀層之間外表磨平并拋光，才干提高瓷件與銀層之間的潤濕性能。的潤濕性能。 當(dāng)當(dāng) 大于大于90度時(shí)，分子為負(fù)值，假設(shè)增度時(shí)，分子為負(fù)值，假設(shè)增大外表積粗糙度，那么固液和固氣界大外表積粗糙度，那么固液和固氣界面張力同時(shí)增大，分子絕對(duì)值更大；負(fù)值面張力同時(shí)增大，分子絕對(duì)值更大；負(fù)值更大，那么，角度會(huì)越大，越不潤濕。更大，那么，角度會(huì)越大，越不潤濕。 當(dāng)當(dāng) 小于小于90度時(shí)，分子正值，假設(shè)增大度時(shí)，分子正值，假設(shè)增大外表積，那么固液和固氣界面張力同時(shí)增外表積，那么固液和固氣界面張力同時(shí)增大，分子正值更大，角度更接近于零，更大，分子正值更大，角度更接近于零，更易潤濕。易潤濕。LVS

43、LSV q q cos可以這樣可以這樣簡化了解簡化了解界面張力及固體外表吸附膜的影響界面張力及固體外表吸附膜的影響 改善潤濕性能主要取決于改善潤濕性能主要取決于SVSV、SLSL和和LVLV的相對(duì)大小。而這三者中，的相對(duì)大小。而這三者中，改動(dòng)改動(dòng)SVSV是不能夠的，只能從改動(dòng)是不能夠的，只能從改動(dòng)SLSL和和LVLV方面思索。方面思索。 在陶瓷消費(fèi)中常采用使固液兩相組在陶瓷消費(fèi)中常采用使固液兩相組成盡量接近來降低成盡量接近來降低SLSL和經(jīng)過在玻璃相和經(jīng)過在玻璃相中參與中參與B2O3B2O3和和PbOPbO來降低來降低LVLV。見。見8888頁頁 金屬陶瓷中，純銅與碳化鋯金屬陶瓷中，純銅與碳化

44、鋯(ZrC)(ZrC)之之間接觸角間接觸角=(1100)(1100)。 當(dāng)銅中參與少量鎳當(dāng)銅中參與少量鎳(0.25%)(0.25%)，降為降為5454，NiNi的作用是降低的作用是降低SLSL，這樣就使銅，這樣就使銅碳化鋯結(jié)合性能得到改善碳化鋯結(jié)合性能得到改善 。 前面所提及的前面所提及的SVSV都是指固體置于蒸氣或真都是指固體置于蒸氣或真空中的外表張力，而真實(shí)固體外表都是有吸附膜空中的外表張力，而真實(shí)固體外表都是有吸附膜的，吸附是降低外表能的。由公式可見，的，吸附是降低外表能的。由公式可見，SVSV降降低，對(duì)潤濕不利。低，對(duì)潤濕不利。 在陶瓷生坯上釉前和金屬與陶瓷封接等工藝在陶瓷生坯上釉前和

45、金屬與陶瓷封接等工藝中，都要使坯體或工件堅(jiān)持清潔，其目的是去除中，都要使坯體或工件堅(jiān)持清潔，其目的是去除吸附膜，提高吸附膜，提高SVSV以改善潤濕性能。以改善潤濕性能。 LVSLSV q q cos三、粘附三、粘附 固體外表的剩余力場不僅可與氣體分固體外表的剩余力場不僅可與氣體分子及溶液中的質(zhì)點(diǎn)相互作用發(fā)生吸附，還子及溶液中的質(zhì)點(diǎn)相互作用發(fā)生吸附，還可與其嚴(yán)密接觸的固體或液體的質(zhì)點(diǎn)相互可與其嚴(yán)密接觸的固體或液體的質(zhì)點(diǎn)相互吸引而發(fā)生粘附。吸引而發(fā)生粘附。 粘附景象的本質(zhì)是兩種物質(zhì)之間外表粘附景象的本質(zhì)是兩種物質(zhì)之間外表力作用的結(jié)果。粘附景象可經(jīng)過兩固相相力作用的結(jié)果。粘附景象可經(jīng)過兩固相相對(duì)滑動(dòng)

46、時(shí)的摩擦、固體粉末的聚集和燒結(jié)對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦、固體粉末的聚集和燒結(jié)等景象表現(xiàn)出來。等景象表現(xiàn)出來。 粘附景象對(duì)于薄膜鍍層、不同資料間粘附景象對(duì)于薄膜鍍層、不同資料間的焊接、玻璃纖維加強(qiáng)塑料、橡膠、水泥、的焊接、玻璃纖維加強(qiáng)塑料、橡膠、水泥、石膏等復(fù)合資料的結(jié)合等工藝有特殊的意石膏等復(fù)合資料的結(jié)合等工藝有特殊的意義。義。 粘附通常是發(fā)生在固液界面上的行為并粘附通常是發(fā)生在固液界面上的行為并決議于如下條件：決議于如下條件： (1) (1) 潤濕性潤濕性 (2) (2) 粘附功粘附功W W (3) (3) 粘附面的界面張力粘附面的界面張力SL SL (4) (4) 相溶性或親和性相溶性或親和性 1

47、1潤濕性潤濕性 粘附面充分潤濕是保證粘附處致粘附面充分潤濕是保證粘附處致密和強(qiáng)度的前提。潤濕愈好粘附也愈密和強(qiáng)度的前提。潤濕愈好粘附也愈好。好。 固固- -液界面的潤濕是指液體在固液界面的潤濕是指液體在固體外表上的鋪展。潤濕性可用臨界外體外表上的鋪展。潤濕性可用臨界外表張力表張力CC或潤濕張力或潤濕張力LV.cosLV.cos來來度量，其關(guān)系由下式?jīng)Q議：度量，其關(guān)系由下式?jīng)Q議： 粘附劑對(duì)粘附外表潤濕愈好，那粘附劑對(duì)粘附外表潤濕愈好，那么么F F愈大，粘附處的致密度和強(qiáng)度愈愈大，粘附處的致密度和強(qiáng)度愈高。高。SLSVLVFqcos(2) (2) 粘附功粘附功W W 粘附力的大小，與物質(zhì)的外粘附力

48、的大小，與物質(zhì)的外表性質(zhì)有關(guān)，粘附程度的好壞可表性質(zhì)有關(guān)，粘附程度的好壞可經(jīng)過粘附功經(jīng)過粘附功W W衡量。衡量。 所謂粘附功，指把單位粘附所謂粘附功，指把單位粘附界面拉開所需的功。界面拉開所需的功。 以拉開固一液界面為例，當(dāng)以拉開固一液界面為例，當(dāng)拉開固一液界面后，相當(dāng)于消逝拉開固一液界面后，相當(dāng)于消逝了固一液界面，但與此同時(shí)又新了固一液界面，但與此同時(shí)又新增了固一氣和液一氣兩種界面，增了固一氣和液一氣兩種界面，而這三種不同界面上都有著各自而這三種不同界面上都有著各自的外表界面能。的外表界面能。 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)合的結(jié)實(shí)程度，粘附

49、功數(shù)值越大，闡明將液體從固合的結(jié)實(shí)程度，粘附功數(shù)值越大，闡明將液體從固體外表拉開，需求耗費(fèi)的能量越大，即相互結(jié)合結(jié)體外表拉開，需求耗費(fèi)的能量越大，即相互結(jié)合結(jié)實(shí)；相反，粘附功越小，那么越易分別。實(shí)；相反，粘附功越小，那么越易分別。 粘附功應(yīng)等于新構(gòu)成外表的外表能粘附功應(yīng)等于新構(gòu)成外表的外表能SVSV和和LVLV以及消逝的固液界面的界面能以及消逝的固液界面的界面能SLSL之差：之差： SLLVSVW+ 合并合并 得得 式中式中LVLVcoscos1 1也稱粘附張力?？梢卜Q粘附張力。可以看到，當(dāng)粘附劑給定即以看到，當(dāng)粘附劑給定即LVLV值一定時(shí)，值一定時(shí)，W W隨隨減小而增大。因此，上式可作為粘附

50、性的度減小而增大。因此，上式可作為粘附性的度量。量。 SLSVLVF q q cosSLLVSVW + + SLLVSVLVW q q + + + + ) 1(cosSLLVSVV圖圖 粘附功和界面張力粘附功和界面張力(3) (3) 粘附面的界面張力粘附面的界面張力SLSL 界面張力的大小反映界面的熱力界面張力的大小反映界面的熱力學(xué)穩(wěn)定性。學(xué)穩(wěn)定性。SLSL越小，粘附界面越穩(wěn)定，越小，粘附界面越穩(wěn)定，粘附力也越大。同時(shí)從式粘附力也越大。同時(shí)從式 可見，可見，SLSL愈小那么愈小那么coscos或潤濕張或潤濕張力就大。力就大。SLLVSVLVWq+) 1(cos(4) (4) 相溶性或親和性相溶

51、性或親和性 潤濕不僅與界面張力有關(guān)，也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)。與粘附界面上兩相的親和性有關(guān)。例如水和水銀兩者外表張力分別為例如水和水銀兩者外表張力分別為7272和和500500達(dá)因厘米，但水卻不能在達(dá)因厘米，但水卻不能在水銀外表鋪展。闡明水和水銀是不水銀外表鋪展。闡明水和水銀是不親和的。親和的。 所謂相溶或親和，就是指兩所謂相溶或親和，就是指兩者潤濕時(shí)自在能變化者潤濕時(shí)自在能變化dGdG0 0。因此相。因此相溶性越好，粘附也好。溶性越好，粘附也好。 綜上所述，良好粘附的外表化學(xué)條件應(yīng)是：綜上所述，良好粘附的外表化學(xué)條件應(yīng)是： 1 1被粘附體的臨界外表張力被粘附體

52、的臨界外表張力CC要大或使?jié)櫼蠡蚴節(jié)櫇駨埩駨埩 F添加，以保證良好潤濕。添加，以保證良好潤濕。 2 2粘附功要大，以保證結(jié)實(shí)粘附。粘附功要大，以保證結(jié)實(shí)粘附。 3 3粘附面的界面張力粘附面的界面張力SLSL要小，以保證粘附要小，以保證粘附界面的熱力學(xué)穩(wěn)定。界面的熱力學(xué)穩(wěn)定。 4 4粘附劑與被粘附體間相溶性要好，以保證粘附劑與被粘附體間相溶性要好，以保證粘附界面的良好鍵合和堅(jiān)持強(qiáng)度。為此潤濕熱要粘附界面的良好鍵合和堅(jiān)持強(qiáng)度。為此潤濕熱要低。低。 四、吸附與外表改性四、吸附與外表改性 固體外表如未遭到特別的處置，其外固體外表如未遭到特別的處置，其外表總是被吸附膜所覆蓋。新穎外表具有較表總是被

53、吸附膜所覆蓋。新穎外表具有較強(qiáng)的外表力，能迅速地從空氣中吸附氣體強(qiáng)的外表力，能迅速地從空氣中吸附氣體或其它物質(zhì)來滿足它的降低外表能的要求或其它物質(zhì)來滿足它的降低外表能的要求 吸附是一種物質(zhì)的原子或分子附著在吸附是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)外表的景象。由于吸附膜的構(gòu)成另一物質(zhì)外表的景象。由于吸附膜的構(gòu)成改動(dòng)了外表原來的構(gòu)造和性質(zhì)，從而到達(dá)改動(dòng)了外表原來的構(gòu)造和性質(zhì)，從而到達(dá)外表改性的目的外表改性的目的 外表改性是利用固體外表的吸附特外表改性是利用固體外表的吸附特性，經(jīng)過各種外表處置來改動(dòng)固體外表性，經(jīng)過各種外表處置來改動(dòng)固體外表的構(gòu)造和性質(zhì)，以順應(yīng)各種預(yù)期的要求的構(gòu)造和性質(zhì)，以順應(yīng)各種預(yù)

54、期的要求 。 外表改性本質(zhì)上是經(jīng)過改動(dòng)固體外外表改性本質(zhì)上是經(jīng)過改動(dòng)固體外表的構(gòu)造形狀和官能團(tuán)來實(shí)現(xiàn)的。表的構(gòu)造形狀和官能團(tuán)來實(shí)現(xiàn)的。 其中最常用的是各種有機(jī)外表活性其中最常用的是各種有機(jī)外表活性物質(zhì)物質(zhì)( (外表活性劑外表活性劑) ) 。 可以降低體系的外表可以降低體系的外表( (或界面或界面) )張力張力的物質(zhì)稱為外表活性劑。的物質(zhì)稱為外表活性劑。 外表活性劑必需指明對(duì)象，而不是外表活性劑必需指明對(duì)象，而不是對(duì)任何外表都適用的。對(duì)任何外表都適用的。 如：鈉皂是水的外表活性劑，而對(duì)如：鈉皂是水的外表活性劑，而對(duì)液態(tài)鐵就不是；液態(tài)鐵就不是； 反之，硫、碳對(duì)液態(tài)鐵是外表活性反之，硫、碳對(duì)液態(tài)鐵是

55、外表活性劑，對(duì)水就不是。劑，對(duì)水就不是。 普通來說，非特別指明，外表活性劑都普通來說，非特別指明，外表活性劑都是對(duì)水而言的，外表活性劑分子由兩部分組成：是對(duì)水而言的，外表活性劑分子由兩部分組成： 一端是具有親水性的極性基，如一端是具有親水性的極性基，如OHOH、COOHCOOH、SO3NaSO3Na等基團(tuán)；等基團(tuán)； 另一端具有憎水性另一端具有憎水性( (亦稱親油性亦稱親油性) )的非極的非極性基，如碳?xì)浠鶊F(tuán)、烷基、丙烯基等。性基，如碳?xì)浠鶊F(tuán)、烷基、丙烯基等。 適當(dāng)?shù)剡x擇外表活性劑的這兩個(gè)原子團(tuán)適當(dāng)?shù)剡x擇外表活性劑的這兩個(gè)原子團(tuán)的比例就可以控制其油溶性和水溶性的程度，的比例就可以控制其油溶性和水

56、溶性的程度，制得符合要求的外表活性劑。制得符合要求的外表活性劑。 在陶瓷工業(yè)中經(jīng)常用外表活性劑在陶瓷工業(yè)中經(jīng)常用外表活性劑來對(duì)粉料進(jìn)展改性，以順應(yīng)成型工藝來對(duì)粉料進(jìn)展改性，以順應(yīng)成型工藝的需求。的需求。 例如，氧化鋁瓷在成型時(shí)，例如，氧化鋁瓷在成型時(shí)，Al2O3Al2O3粉用石蠟作定型劑。粉用石蠟作定型劑。Al2O3Al2O3粉外表是親粉外表是親水的，而石蠟是親油的。水的，而石蠟是親油的。 為了降低坯體收縮應(yīng)盡量減少石蠟為了降低坯體收縮應(yīng)盡量減少石蠟的用量。消費(fèi)中常參與油酸來使的用量。消費(fèi)中常參與油酸來使Al2O3Al2O3粉粉外表由親水性變?yōu)橛H油性。油酸分子為外表由親水性變?yōu)橛H油性。油酸分子

57、為CH3CH3(CH2)7(CH2)7CH=CHCH=CH(CH2)7(CH2)7COOHCOOH，其親水基向著其親水基向著Al2O3Al2O3外表，而憎水基團(tuán)向外表，而憎水基團(tuán)向著石蠟。著石蠟。 由于由于Al2O3Al2O3外表改為親油性，可以減外表改為親油性，可以減少石蠟用量并提高漿料的流動(dòng)性，使成少石蠟用量并提高漿料的流動(dòng)性，使成型性能得到改善。型性能得到改善。 水泥工業(yè)中，為了提高混凝土的力學(xué)性水泥工業(yè)中，為了提高混凝土的力學(xué)性能在新拌和混凝土中要參與減水劑。目前常能在新拌和混凝土中要參與減水劑。目前常用的減水劑是陰離子型外表活性物質(zhì)。用的減水劑是陰離子型外表活性物質(zhì)。 在水泥加水?dāng)嚢?/p>

58、及凝結(jié)硬化時(shí)，由于水在水泥加水?dāng)嚢杓澳Y(jié)硬化時(shí)，由于水化過程中水泥礦物化過程中水泥礦物(C3A(C3A、C4AFC4AF、C3SC3S、C2S)C2S)所帶電荷不同，引起靜電吸引；或由于水泥所帶電荷不同，引起靜電吸引；或由于水泥顆粒某些邊棱角相互碰撞吸附，范德華力作顆粒某些邊棱角相互碰撞吸附，范德華力作用等均會(huì)構(gòu)成絮凝狀構(gòu)造。用等均會(huì)構(gòu)成絮凝狀構(gòu)造。 這些絮凝狀構(gòu)造中，包裹著很這些絮凝狀構(gòu)造中，包裹著很多拌和水，因此降低了新拌混凝土多拌和水，因此降低了新拌混凝土的和易性假設(shè)用再添加用水量來堅(jiān)的和易性假設(shè)用再添加用水量來堅(jiān)持所需的和易性，結(jié)果使水泥石構(gòu)持所需的和易性，結(jié)果使水泥石構(gòu)造中構(gòu)成過多的

59、孔隙而降低強(qiáng)度。造中構(gòu)成過多的孔隙而降低強(qiáng)度。 參與減水劑的作用是將包裹在參與減水劑的作用是將包裹在絮凝物中的水釋放出來絮凝物中的水釋放出來 。 減水劑憎水基團(tuán)定向吸附于水泥質(zhì)點(diǎn)外表，親水基團(tuán)指向水溶液，組成單分子吸附膜，由于外表活性劑分子的定向吸附使水泥質(zhì)點(diǎn)外表上帶有一樣電荷，在靜電斥力作用下，使水泥水體系處于穩(wěn)定的懸浮形狀，水泥加水初期構(gòu)成的絮凝構(gòu)造瓦解，游離水釋放，從而到達(dá)既減水又堅(jiān)持所需和易性的目的 。第第三三節(jié)節(jié)晶晶界界 凡構(gòu)造一樣而取向不同的晶體相凡構(gòu)造一樣而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱為晶界?；ソ佑|，其接觸界面稱為晶界。 假設(shè)相鄰晶粒不僅位向不同，而假設(shè)相鄰晶粒不僅位向不

60、同，而且構(gòu)造、組成也不一樣，即它們代表且構(gòu)造、組成也不一樣，即它們代表不同的兩個(gè)相，那么其接觸界面稱為不同的兩個(gè)相，那么其接觸界面稱為相界面或界面相界面或界面 。 不論構(gòu)造能否一樣而取向不同的不論構(gòu)造能否一樣而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱為晶界。晶體相互接觸，其接觸界面稱為晶界。有關(guān)晶界概念的幾種說法有關(guān)晶界概念的幾種說法晶界表示圖晶界表示圖晶界表示圖晶界表示圖 無機(jī)非金屬資料是由外形不規(guī)那么和無機(jī)非金屬資料是由外形不規(guī)那么和取向不同的晶粒所構(gòu)成的多晶體，多晶體取向不同的晶粒所構(gòu)成的多晶體，多晶體的性質(zhì)不僅由晶粒內(nèi)部構(gòu)造和它們的缺陷的性質(zhì)不僅由晶粒內(nèi)部構(gòu)造和它們的缺陷構(gòu)造所決議，而且還