第五章表面與界面

1、1安徽建筑工業(yè)學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料教研室安徽建筑工業(yè)學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料教研室無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）2綜綜 述述無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）固體表面力場(chǎng)與表面能。固體表面力場(chǎng)與表面能。離子晶體在表面力場(chǎng)作用下，離子的極化與重排過(guò)程。離子晶體在表面力場(chǎng)作用下，離子的極化與重排過(guò)程。多相體系中的界面化學(xué)：如彎曲效應(yīng)、潤(rùn)濕與粘附，多相體系中的界面化學(xué)：如彎曲效應(yīng)、潤(rùn)濕與粘附，表面改性。表面改性。多晶材料中的晶界分類(lèi)，多晶體的組織，晶界應(yīng)力與電荷。多晶材料中的晶界分類(lèi)，多晶體的組織，晶界應(yīng)力與電荷。粘土膠粒帶電與水化等一系列由表面效應(yīng)而引起的膠體化學(xué)粘土膠粒帶電與水化

2、等一系列由表面效應(yīng)而引起的膠體化學(xué)性質(zhì)如泥漿的流動(dòng)性和觸變性、泥團(tuán)的可塑性等。性質(zhì)如泥漿的流動(dòng)性和觸變性、泥團(tuán)的可塑性等。3 5.1 5.1 固體表面固體表面 5.1 Surface of Solid5.1 Surface of Solid無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）4主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 表面表面把一個(gè)相和它本身蒸汽或真空接把一個(gè)相和它本身蒸汽或真空接 觸的分界面。觸的分界面。固體表面的特征、結(jié)構(gòu)和固體的表面能固體表面的特征、結(jié)構(gòu)和固體的表面能 定義定義 ： 界面界面把一相與另一相把一相與另一相(結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同)接觸接觸的分界面。的分界面。54-1.1 固體表面特征固體表面

3、特征（1）、同一種固體物質(zhì)，制備或加）、同一種固體物質(zhì)，制備或加工條件不同也會(huì)有不同的表面性質(zhì)；工條件不同也會(huì)有不同的表面性質(zhì)；無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）（2）、實(shí)際晶體的表面由于晶格缺）、實(shí)際晶體的表面由于晶格缺陷、空位或位錯(cuò)而造成表面的不均一性；陷、空位或位錯(cuò)而造成表面的不均一性；1、固體表面的不均一性、固體表面的不均一性61、固體表面的不均一性、固體表面的不均一性無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）（3）、只要固體暴露在空氣中，其表面）、只要固體暴露在空氣中，其表面總是被外來(lái)物質(zhì)所污染，被吸附的外來(lái)原子可總是被外來(lái)物質(zhì)所污染，被吸附的外來(lái)原子可占據(jù)不同的表面位置

4、，形成有序或無(wú)序排列，占據(jù)不同的表面位置，形成有序或無(wú)序排列，也引起了固體表面的不均一性。也引起了固體表面的不均一性?？傊?，實(shí)際固體表面的不均一性，使固體總之，實(shí)際固體表面的不均一性，使固體表面的性質(zhì)懸殊較大，從而增加了固體表面結(jié)表面的性質(zhì)懸殊較大，從而增加了固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究的難度。構(gòu)和性質(zhì)研究的難度。72、固體表面力場(chǎng)、固體表面力場(chǎng) 定義：定義：晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周?chē)即嬖谥粋€(gè)力場(chǎng)，晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周?chē)即嬖谥粋€(gè)力場(chǎng)，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的。但在固在晶體內(nèi)部，質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的。但在固體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期重復(fù)性中斷，使體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期重復(fù)性中斷，使處于表面邊界上的質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)

5、性破壞，處于表面邊界上的質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力，稱(chēng)之為表現(xiàn)出剩余的鍵力，稱(chēng)之為。 表面力的分類(lèi)：表面力的分類(lèi)：(1) 范得華力范得華力(分子引力分子引力)(2) 長(zhǎng)程力長(zhǎng)程力8 (1) 范得華力范得華力(分子引力分子引力) 是固體表面產(chǎn)生物理吸附或氣體凝聚的原因。與液體內(nèi)壓、是固體表面產(chǎn)生物理吸附或氣體凝聚的原因。與液體內(nèi)壓、表面張力、蒸汽壓、蒸發(fā)熱等性質(zhì)有關(guān)。表面張力、蒸汽壓、蒸發(fā)熱等性質(zhì)有關(guān)。表達(dá)式：表達(dá)式： 說(shuō)明說(shuō)明：分子間引力的作用范圍極小，一般為：分子間引力的作用范圍極小，一般為0.30.5nm。 當(dāng)兩個(gè)分子過(guò)分靠近而引起電子層間斥力約等于當(dāng)兩個(gè)分子過(guò)分靠近而引起電子層

6、間斥力約等于B/r3 , 故范得華力只表現(xiàn)出引力作用。故范得華力只表現(xiàn)出引力作用。定向作用力定向作用力范氏力主要來(lái)源于三種不同的力范氏力主要來(lái)源于三種不同的力：誘導(dǎo)作用力：誘導(dǎo)作用力色散力色散力9(2) 長(zhǎng)程力長(zhǎng)程力長(zhǎng)程力：長(zhǎng)程力：固體物體之間相互作用力。它是固體物體之間相互作用力。它是兩相之間的分子引力通過(guò)某種方式加合和傳遞兩相之間的分子引力通過(guò)某種方式加合和傳遞而產(chǎn)生的，其本質(zhì)仍屬范德華力。而產(chǎn)生的，其本質(zhì)仍屬范德華力。 依靠粒子之間的電場(chǎng)傳播的依靠粒子之間的電場(chǎng)傳播的 長(zhǎng)程力分兩類(lèi)長(zhǎng)程力分兩類(lèi)： 通過(guò)一個(gè)分子到另一個(gè)分子逐通過(guò)一個(gè)分子到另一個(gè)分子逐 個(gè)傳播而達(dá)到長(zhǎng)距離的。個(gè)傳播而達(dá)到長(zhǎng)距

7、離的。104-1.2 固體表面結(jié)構(gòu)固體表面結(jié)構(gòu)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)(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))：總是力圖形成球形表面來(lái)降低系統(tǒng)的表面能?？偸橇D形成球形表面來(lái)降低系統(tǒng)的表面能。固體固體: : 使固體表面處于較高的能量狀態(tài)使固體表面處于較高的能量狀態(tài)( (因?yàn)楣腆w不能流動(dòng)因?yàn)楣腆w不能流動(dòng)),),只能借助于離子極化、變形、重排并引起晶格畸來(lái)降低表面能，只能借助于離子極化、變形、重排并引起晶格畸來(lái)降低表面能，其結(jié)果使固體表面層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異其結(jié)果使固體表面層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異。1、離子晶體的表面、離子晶體的表面11NaCl 晶體圖圖

8、41 離子晶體表面離子晶體表面的電子云變形和離子重排的電子云變形和離子重排 1. 離子晶體表面離子晶體表面(1)離子晶體離子晶體MX在表面力作用下，在表面力作用下，處于處于表面層的負(fù)離子表面層的負(fù)離子X(jué)在外側(cè)在外側(cè)不飽和，不飽和，離子的極化與離子的極化與重排過(guò)程見(jiàn)圖重排過(guò)程見(jiàn)圖4-1。12(2)處于在表面層處于在表面層的負(fù)離子（的負(fù)離子（X-）在外側(cè)）在外側(cè)不飽和，負(fù)離子極化不飽和，負(fù)離子極化率大，通過(guò)電子云拉率大，通過(guò)電子云拉向內(nèi)側(cè)正離子一方的向內(nèi)側(cè)正離子一方的極化變形來(lái)降低表面極化變形來(lái)降低表面能，這一過(guò)程稱(chēng)為松能，這一過(guò)程稱(chēng)為松弛，是瞬間完成的，弛，是瞬間完成的，接著發(fā)生離子重排見(jiàn)接著發(fā)

9、生離子重排見(jiàn)圖圖4-1B。 1. 離子晶體表面離子晶體表面13(3)從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)定從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)定性考慮，作用力較大、性考慮，作用力較大、極化率小的正離子應(yīng)處極化率小的正離子應(yīng)處于穩(wěn)定的晶格位置，而于穩(wěn)定的晶格位置，而易極化易極化受誘導(dǎo)極化受誘導(dǎo)極化偶極子排斥而推向外側(cè)，偶極子排斥而推向外側(cè)，從而形成雙電層從而形成雙電層,使晶體使晶體表面能量趨于穩(wěn)定。表面能量趨于穩(wěn)定。見(jiàn)圖見(jiàn)圖4-1。 1. 離子晶體表面離子晶體表面14（4）如）如4-2圖：在圖：在NaCl晶體表面，最外層晶體表面，最外層和次層質(zhì)點(diǎn)面網(wǎng)之間和次層質(zhì)點(diǎn)面網(wǎng)之間Na+離子的距離為離子的距離為0.266nm，而，而CI-間的距間的距離

10、為離為0.286nm，因而形，因而形成厚度為成厚度為0.020nm的表的表面雙電層。面雙電層。AI2O3、SiO2、ZrO2表面也有此表面也有此現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 1. 離子晶體表面離子晶體表面15（6）離子極化性能愈大，雙電層愈厚，從而表面能愈低。）離子極化性能愈大，雙電層愈厚，從而表面能愈低。 應(yīng)用應(yīng)用： 硅酸鹽材料生產(chǎn)中，通常把原料破碎研磨成微細(xì)硅酸鹽材料生產(chǎn)中，通常把原料破碎研磨成微細(xì)粒子粒子(粉體粉體)以便于成型和高溫?zé)Y(jié)以便于成型和高溫?zé)Y(jié)。（5）當(dāng)表面形成雙電層后，它將向內(nèi)層發(fā)生作用，并引）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，這種作用隨著向晶體的縱深推起

11、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步衰減。表面效應(yīng)所能達(dá)到的深度，與陰、陽(yáng)離子移而逐步衰減。表面效應(yīng)所能達(dá)到的深度，與陰、陽(yáng)離子的半徑差有關(guān)，差愈大深度愈深。的半徑差有關(guān)，差愈大深度愈深。 1. 離子晶體表面離子晶體表面162、晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)、晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)4-3圖是一個(gè)具有面心立方結(jié)構(gòu)的晶體表面圖是一個(gè)具有面心立方結(jié)構(gòu)的晶體表面構(gòu)造。構(gòu)造。分析面心立方結(jié)構(gòu)分析面心立方結(jié)構(gòu)(100)、(110)、(111)三個(gè)低指三個(gè)低指數(shù)面上原子的分布。數(shù)面上原子的分布。17表表4-3是各個(gè)晶面上原子彈密度。是各個(gè)晶面上原子彈密度。2、晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)、晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)18實(shí)

12、驗(yàn)觀測(cè)表明：實(shí)驗(yàn)觀測(cè)表明：隨著晶體面的不同，表面上原子的密度也隨著晶體面的不同，表面上原子的密度也不同。不同。固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的，存在著固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的，存在著無(wú)數(shù)臺(tái)階、裂縫和凹凸不平的山峰谷，這些不無(wú)數(shù)臺(tái)階、裂縫和凹凸不平的山峰谷，這些不同的幾何狀態(tài)必然會(huì)對(duì)表面性質(zhì)產(chǎn)生影響，其同的幾何狀態(tài)必然會(huì)對(duì)表面性質(zhì)產(chǎn)生影響，其中最重要的是中最重要的是表面粗糙度表面粗糙度和和微裂紋微裂紋。表面粗糙度會(huì)引起表面力場(chǎng)的變化，進(jìn)而表面粗糙度會(huì)引起表面力場(chǎng)的變化，進(jìn)而影響其表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)。影響其表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)。表面微裂縫可以因晶體缺陷或外力產(chǎn)生，對(duì)表面微裂縫可以因晶體缺陷或外力產(chǎn)生，對(duì)脆性

13、材料強(qiáng)度尤為重要。脆性材料強(qiáng)度尤為重要。19 ：(1)使表面力場(chǎng)變得不均勻，其活性及其它表面性質(zhì)也隨之使表面力場(chǎng)變得不均勻，其活性及其它表面性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。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)合界面間的嚙合和結(jié)合強(qiáng)度有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)。關(guān)。 20 因晶體缺陷或外力而產(chǎn)生。表面裂紋在材料中起因晶體缺陷或外力而產(chǎn)生。表面裂紋在材料中起著應(yīng)力倍增器的作用，使位于裂紋尖端的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)著應(yīng)力倍增器的作用，使位于裂紋尖端的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于所施加的應(yīng)力。格里菲

14、斯關(guān)于微裂紋的公式：大于所施加的應(yīng)力。格里菲斯關(guān)于微裂紋的公式：cEc 2 214-1.3 固體的表面能固體的表面能固體的表面能與表面張力不固體的表面能與表面張力不相等，僅當(dāng)緩慢的擴(kuò)散過(guò)程引起相等，僅當(dāng)緩慢的擴(kuò)散過(guò)程引起表面或界面面積發(fā)生變化時(shí)相等。表面或界面面積發(fā)生變化時(shí)相等。221 1、共價(jià)鍵晶體表面能、共價(jià)鍵晶體表面能 表面能（表面能（us）即是破壞面積上的）即是破壞面積上的全部鍵所需能量的一半。全部鍵所需能量的一半。bsuu21 ub 為破壞化學(xué)鍵所需能量為破壞化學(xué)鍵所需能量us 為表面能為表面能232 2、離子晶體的表面能、離子晶體的表面能固體的表面能是用晶體中一個(gè)原子（離固體的表面

15、能是用晶體中一個(gè)原子（離子）移到晶體表面時(shí)，自由能的變化來(lái)計(jì)算。子）移到晶體表面時(shí)，自由能的變化來(lái)計(jì)算。)1(00ibissnnNUL r0 為為0K時(shí)的表面能；時(shí)的表面能；LS 為為1m2表面上的原子數(shù)；表面上的原子數(shù)；nis、nib分別表示第分別表示第i個(gè)原子在晶體表個(gè)原子在晶體表 面和晶體體內(nèi)最鄰近的原子數(shù)面和晶體體內(nèi)最鄰近的原子數(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)。24： 實(shí)際表面能比理想表面能的值低，原因可能為：實(shí)際表面能比理想表面能的值低，原因可能為： (1) 可能是表面層的結(jié)構(gòu)與晶體內(nèi)部相比發(fā)生了改變，可能是表面層的結(jié)構(gòu)與晶體內(nèi)部相比發(fā)生了改變，

16、表面被可極化的氧離子所屏表面被可極化的氧離子所屏 蔽，減少了表面上的原子數(shù)。蔽，減少了表面上的原子數(shù)。 (2) 可能是自由表面不是理想的平面，而是由許多原子可能是自由表面不是理想的平面，而是由許多原子尺度的階梯構(gòu)成，使真實(shí)面積比理論面積大。尺度的階梯構(gòu)成，使真實(shí)面積比理論面積大。 總之總之 固體和液體的表面能與溫度、氣壓、第二相的性固體和液體的表面能與溫度、氣壓、第二相的性質(zhì)等條件有關(guān)。溫度上升，表面能下降。質(zhì)等條件有關(guān)。溫度上升，表面能下降。2526 無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）4-2 4-2 界面行為界面行為 4-2 Interfacial4-2 Interfacial27

17、一、彎曲表面效應(yīng)一、彎曲表面效應(yīng)彎曲表面：彎曲表面：產(chǎn)生附加壓力產(chǎn)生附加壓力P表面張力表面張力力的方向與表面相切力的方向與表面相切 1、附加壓力、附加壓力28P有正負(fù)，凸面曲率半徑有正負(fù)，凸面曲率半徑r0 P0 凹面曲率半徑凹面曲率半徑r0 P0 P總是指向曲面的曲率中心總是指向曲面的曲率中心 對(duì)于球面：對(duì)于球面：P=2/R ：表面張力：表面張力29當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液體液面上附加作當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液體液面上附加作用力為：用力為：P= /r1（r），當(dāng)），當(dāng)r1很小時(shí)，這種壓很小時(shí)，這種壓力為毛細(xì)管力。力為毛細(xì)管力。當(dāng)當(dāng)r1=r2 ， P=2/ r1對(duì)于非球面：對(duì)于非球面：P

18、=（1/r1+1/r2） （拉普拉斯公式）（拉普拉斯公式） r1、r2：為曲面之曲率半徑：為曲面之曲率半徑30附加壓力附加壓力總是指向曲面的曲率中心，當(dāng)曲面為凸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)為負(fù)值。面時(shí)為正值，凹面時(shí)為負(fù)值。 與曲率半徑成反比，與曲率半徑成反比，而與表面張力成正比。而與表面張力成正比。由表由表4-5可知可知312 2、彎曲表面的蒸發(fā)壓、彎曲表面的蒸發(fā)壓 液滴的蒸氣壓大于同溫度下平面液體的蒸氣壓，液滴的蒸氣壓大于同溫度下平面液體的蒸氣壓，它們之間的關(guān)系可用開(kāi)爾文方程描述：它們之間的關(guān)系可用開(kāi)爾文方程描述：LnP/P0=2M /RT1/r或或LnP/P0=M

19、/ /RT（1/r1+1/r2）P：曲面蒸氣壓；曲面蒸氣壓；P0：平面蒸氣壓；平面蒸氣壓；r：球形液滴之半徑；球形液滴之半徑；：液體密度；液體密度； M：分子量；分子量；R：氣體常數(shù)。氣體常數(shù)。所以，凸面蒸氣壓平面蒸氣壓凹面蒸氣壓。所以，凸面蒸氣壓平面蒸氣壓凹面蒸氣壓。球形液滴表面蒸氣壓隨半徑減小而增大。球形液滴表面蒸氣壓隨半徑減小而增大。32對(duì)于毛細(xì)管：對(duì)于毛細(xì)管：LnP/P0=-2M /RTcos 1/rr為毛細(xì)管半徑為毛細(xì)管半徑毛細(xì)管凝聚：毛細(xì)管凝聚：如在指定溫度下，環(huán)境蒸氣如在指定溫度下，環(huán)境蒸氣壓為壓為p0時(shí)（時(shí)（p凹凹p0P平平），則該蒸氣壓對(duì)平），則該蒸氣壓對(duì)平面液體未達(dá)飽和，但

20、對(duì)管內(nèi)凸面液體已呈過(guò)飽面液體未達(dá)飽和，但對(duì)管內(nèi)凸面液體已呈過(guò)飽和，此蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)會(huì)凝聚成液體。這個(gè)現(xiàn)和，此蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)會(huì)凝聚成液體。這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為毛細(xì)管凝聚。象稱(chēng)為毛細(xì)管凝聚。 333 3、固體的溶解度、固體的溶解度 LnC/C0=2LSM/dRTrC、C0：分別為半徑分別為半徑r的小晶體與大晶體的溶的小晶體與大晶體的溶解度；解度； d：固體密度。固體密度。LS：固液界面張力；固液界面張力；微小晶粒溶解度大于普通顆粒的溶解度。微小晶粒溶解度大于普通顆粒的溶解度。 34綜上所述，表面曲率對(duì)其蒸綜上所述，表面曲率對(duì)其蒸氣壓、溶解度和熔化溫度的物理氣壓、溶解度和熔化溫度的物理性質(zhì)有著重要的影響。固

21、體顆粒性質(zhì)有著重要的影響。固體顆粒越小，表面曲率愈大，則蒸氣壓越小，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。35潤(rùn)濕的熱力學(xué)定義：固體與液體潤(rùn)濕的熱力學(xué)定義：固體與液體接觸后，體系（固體接觸后，體系（固體+液體）的吉布液體）的吉布斯自由能降低時(shí)，就稱(chēng)潤(rùn)濕。斯自由能降低時(shí)，就稱(chēng)潤(rùn)濕。二、潤(rùn)濕與粘附二、潤(rùn)濕與粘附36（二）、潤(rùn)濕與粘附（二）、潤(rùn)濕與粘附應(yīng)用應(yīng)用：機(jī)械的潤(rùn)滑、金屬焊接、陶瓷和搪瓷：機(jī)械的潤(rùn)滑、金屬焊接、陶瓷和搪瓷的坯釉結(jié)合、陶瓷與金屬的封的坯釉結(jié)合、陶瓷與金屬的封 接等。接等。分類(lèi)：分類(lèi)：按潤(rùn)濕程度按潤(rùn)濕程度附著潤(rùn)濕附著潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕鋪展?jié)?/p>

22、濕鋪展?jié)櫇?7381 1、附著潤(rùn)濕、附著潤(rùn)濕 固體固體液體液體 附著潤(rùn)濕的吉布斯自由焓變化為：附著潤(rùn)濕的吉布斯自由焓變化為：液氣界面液氣界面(L-g)固氣界面固氣界面(S-g)固液界面固液界面(S-L)G1 SL (LV SV )39此種潤(rùn)濕的逆過(guò)此種潤(rùn)濕的逆過(guò)程，外界對(duì)體系所做程，外界對(duì)體系所做功為功為w：1 1、附著潤(rùn)濕、附著潤(rùn)濕 附著功：附著功：W LV SV SLW愈大表示固液界面結(jié)合愈牢，即附著潤(rùn)濕愈強(qiáng)。愈大表示固液界面結(jié)合愈牢，即附著潤(rùn)濕愈強(qiáng)。40液體在固體表面上的鋪液體在固體表面上的鋪展由展由LV、SL、SV所決定所決定 2 2、鋪展?jié)櫇瘛佌節(jié)櫇?41 從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，從熱力學(xué)

23、觀點(diǎn)看，液滴落在清潔平滑的液滴落在清潔平滑的固體表面上，當(dāng)忽略固體表面上，當(dāng)忽略液體的重力和粘度影液體的重力和粘度影響時(shí)，則液滴在固體響時(shí)，則液滴在固體表面上的鋪展時(shí)由固表面上的鋪展時(shí)由固氣、固液和液氣、固液和液氣三個(gè)界面張力所決氣三個(gè)界面張力所決定的，其平衡關(guān)系由定的，其平衡關(guān)系由圖圖4-8和下式?jīng)Q定。和下式?jīng)Q定。 2 2、鋪展?jié)櫇瘛佌節(jié)櫇?(A) (C)(B)42 cosSV SL LV(A)(B)(C)F=LV cos=SVSL ：潤(rùn)濕角；：潤(rùn)濕角；F：潤(rùn)濕張力。：潤(rùn)濕張力。潤(rùn)濕與液滴的形狀潤(rùn)濕與液滴的形狀(A) 潤(rùn)濕，潤(rùn)濕， 90o(C)完全潤(rùn)濕，完全潤(rùn)濕， 0o ， 液體鋪開(kāi)液體鋪

24、開(kāi)43可見(jiàn)，潤(rùn)濕的先決條件是可見(jiàn)，潤(rùn)濕的先決條件是SVSL或或SL十分微小。當(dāng)固十分微小。當(dāng)固液兩相的液兩相的化學(xué)性能或化學(xué)結(jié)合方式很接近時(shí)，化學(xué)性能或化學(xué)結(jié)合方式很接近時(shí)，可以滿足這一要求?？梢詽M足這一要求。 44 一種固體侵漬到液體中的自由一種固體侵漬到液體中的自由能變?yōu)椋耗茏優(yōu)椋? 3、浸漬潤(rùn)濕、浸漬潤(rùn)濕 固固液體液體固固定義：定義：固體侵入液體中的過(guò)程。固體侵入液體中的過(guò)程。SV界面為界面為SL界面代替。界面代替。 G LV cos SV SL 若若SV SL ,則則90o ,浸漬潤(rùn)濕過(guò)程將自浸漬潤(rùn)濕過(guò)程將自發(fā)進(jìn)行，此時(shí)發(fā)進(jìn)行，此時(shí)G0 若若SV 90o ,要將固體浸入液體要將固體浸入

25、液體之中必須做功，之中必須做功， 此時(shí)此時(shí) G0 45三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)：液體將氣體從固體三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)：液體將氣體從固體表面擠開(kāi)，使原有的固表面擠開(kāi)，使原有的固氣（或液氣（或液氣）氣）界面消失，而代之以固界面消失，而代之以固液界面。液界面。鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪展則必能鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪展則必能附著和侵漬。附著和侵漬。 總之總之 46從熱力學(xué)考慮，從熱力學(xué)考慮，當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)，界面位置的少許移界面位置的少許移動(dòng)所產(chǎn)生的界面能動(dòng)所產(chǎn)生的界面能凈變化應(yīng)等于凈變化應(yīng)等于0，假，假設(shè)界面在固體表面設(shè)界面在固體表面上從圖上從圖4-9中中A點(diǎn)推點(diǎn)推進(jìn)到進(jìn)到B點(diǎn)。點(diǎn)。4、真

26、實(shí)固體表面的潤(rùn)濕真實(shí)固體表面的潤(rùn)濕47 固液界面積擴(kuò)大固液界面積擴(kuò)大s，固體表面減少，固體表面減少s，液氣表，液氣表面積則增加面積則增加s cos。平衡時(shí)：。平衡時(shí)： 而實(shí)際表面具有一定的粗糙度如圖而實(shí)際表面具有一定的粗糙度如圖4-9B SLs+LVscosSVs=0 cos=SVSL/LV48 實(shí)際固體表面有一定的粗糙度，因此真正表面積實(shí)際固體表面有一定的粗糙度，因此真正表面積較表現(xiàn)面積為大，設(shè)大較表現(xiàn)面積為大，設(shè)大n倍，如前頁(yè)圖倍，如前頁(yè)圖B，界面位置，界面位置由由AB，使固液界面的表現(xiàn)面積仍增大，使固液界面的表現(xiàn)面積仍增大s，此時(shí)，此時(shí)真正表面積增大了真正表面積增大了ns，固氣界面也減少

27、了，固氣界面也減少了ns，而，而液氣界面積則凈增大液氣界面積則凈增大s cosn，平衡時(shí)：，平衡時(shí)：SLns+LVscosnSVns=0 cosn=n（SVSL）/LV=ncos n=cosn/cos n：表面粗糙度系數(shù)；表面粗糙度系數(shù)；n：對(duì)粗糙表面的表現(xiàn)接觸角；對(duì)粗糙表面的表現(xiàn)接觸角； 49因?yàn)椋驗(yàn)?，n值總是大于值總是大于1的，所以的相對(duì)關(guān)系的，所以的相對(duì)關(guān)系如圖如圖4-10所示的余弦曲所示的余弦曲線變化即：線變化即：900 n900 n900 n50 所以，當(dāng)真實(shí)接觸角所以，當(dāng)真實(shí)接觸角900時(shí)粗糙時(shí)粗糙度越大，粗糙表面的度越大，粗糙表面的n表現(xiàn)接觸角越小，表現(xiàn)接觸角越小，易潤(rùn)濕易潤(rùn)濕

28、。 當(dāng)真實(shí)接觸角當(dāng)真實(shí)接觸角900時(shí)粗糙度越大，時(shí)粗糙度越大，粗糙表面的粗糙表面的n表現(xiàn)接觸角越大，不易潤(rùn)表現(xiàn)接觸角越大，不易潤(rùn)濕。濕。51降低降低SL S、V 兩相組成盡量接近；兩相組成盡量接近；所以所以改善潤(rùn)濕的方法改善潤(rùn)濕的方法 ：降低降低LV 在液相中加表面活性劑；在液相中加表面活性劑；提高提高SV 當(dāng)除固體表面吸附膜；當(dāng)除固體表面吸附膜；改變粗糙度。改變粗糙度。 52三、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)的原子或分子附是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)表面的現(xiàn)象。由于吸著在另一物質(zhì)表面的現(xiàn)象。由于吸附膜的形成改變了表面原來(lái)的結(jié)構(gòu)附膜的形成改變了表面原來(lái)的結(jié)構(gòu)和

29、性質(zhì)，從而達(dá)到表面改性的目的。和性質(zhì)，從而達(dá)到表面改性的目的。 53表面改性：表面改性： 利用固體表面吸附特性，通過(guò)各利用固體表面吸附特性，通過(guò)各種表面處理改變固體表面的結(jié)構(gòu)和性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。質(zhì)，以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。 54表面活性劑：表面活性劑： 能降低體系的表面（或界面）張能降低體系的表面（或界面）張力的物質(zhì)，由親水基和憎水基組成。力的物質(zhì)，由親水基和憎水基組成。55 4-3 4-3 晶界晶界 4-3 Grain Boundary 4-3 Grain Boundary 56定義：定義：凡結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互凡結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接

30、觸，其接觸界面稱(chēng)為界面接觸，其接觸界面稱(chēng)為界面 晶界結(jié)構(gòu)示意圖57晶界上的特性：晶界上的特性： 晶界結(jié)構(gòu)疏松，在多晶體中晶界是原子快晶界結(jié)構(gòu)疏松，在多晶體中晶界是原子快速擴(kuò)散的通道，并容易引起雜質(zhì)原子偏聚。晶速擴(kuò)散的通道，并容易引起雜質(zhì)原子偏聚。晶界上有許多空位、位錯(cuò)和鍵變形等缺陷使之處界上有許多空位、位錯(cuò)和鍵變形等缺陷使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，故能階較高，使晶界成為固于應(yīng)力畸變狀態(tài)，故能階較高，使晶界成為固態(tài)相變時(shí)優(yōu)先成核區(qū)域。態(tài)相變時(shí)優(yōu)先成核區(qū)域。58一、一、 晶界結(jié)構(gòu)的分類(lèi)：晶界結(jié)構(gòu)的分類(lèi)： (1). 按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來(lái)分：按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來(lái)分： 小角度晶界小角度晶界:相鄰兩

31、個(gè)晶粒的原子排列錯(cuò)合的角度很小相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列錯(cuò)合的角度很小,約約 2o3o.兩個(gè)晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。兩個(gè)晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。大角度晶界大角度晶界：相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列錯(cuò)合的角度很大。在：相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列錯(cuò)合的角度很大。在多晶體中占多數(shù)，這時(shí)晶界上質(zhì)點(diǎn)的排列已接近無(wú)序狀態(tài)。多晶體中占多數(shù)，這時(shí)晶界上質(zhì)點(diǎn)的排列已接近無(wú)序狀態(tài)。59界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類(lèi)似的界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類(lèi)似的取向，越過(guò)界面原子面是連續(xù)的。取向，越過(guò)界面原子面是連續(xù)的。(2). 根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來(lái)分：根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來(lái)分

32、：60半共格晶界半共格晶界：晶界有位錯(cuò)存在，兩個(gè)晶粒的原子在界面上：晶界有位錯(cuò)存在，兩個(gè)晶粒的原子在界面上部分相接，部分無(wú)法相接。部分相接，部分無(wú)法相接。 晶面間距比較小的一個(gè)相發(fā)生應(yīng)變，在界面位錯(cuò)線晶面間距比較小的一個(gè)相發(fā)生應(yīng)變，在界面位錯(cuò)線附近發(fā)生局部晶格畸變。附近發(fā)生局部晶格畸變。界面兩側(cè)結(jié)構(gòu)相差很大且與相鄰晶體間有畸變界面兩側(cè)結(jié)構(gòu)相差很大且與相鄰晶體間有畸變的原子排列。的原子排列。 通過(guò)燒結(jié)得到的多晶體，絕大多數(shù)為非共格晶界。通過(guò)燒結(jié)得到的多晶體，絕大多數(shù)為非共格晶界。61晶界能：晶界能：與位錯(cuò)線有關(guān)的一個(gè)泊松比；柏氏矢量；失配度；剪切模量； 00000)2ln(1)ln()1(4rb

33、GrbAAbGW 長(zhǎng)度62二、多晶體的組織二、多晶體的組織 在硅酸鹽材料中，多晶體的組織變化發(fā)生在晶粒接觸在硅酸鹽材料中，多晶體的組織變化發(fā)生在晶粒接觸處即晶界上，處即晶界上，晶界形狀晶界形狀由表面張力的相互關(guān)系決定。由表面張力的相互關(guān)系決定。晶界構(gòu)形晶界構(gòu)形：晶界在多面體中的形狀、構(gòu)造和：晶界在多面體中的形狀、構(gòu)造和 分布分布。632、多晶體的組織（分析二維的多晶截面）、多晶體的組織（分析二維的多晶截面）對(duì)于固固氣界面張力平衡關(guān)系對(duì)于固固氣界面張力平衡關(guān)系： SVSS 212cos 對(duì)于固固液界面張力平衡關(guān)系對(duì)于固固液界面張力平衡關(guān)系：SLSS 212cos (B)固固液平衡的二面角固固液平

34、衡的二面角SLSSSL固態(tài)晶粒固態(tài)晶粒 固態(tài)晶粒固態(tài)晶粒 SVSS(A)熱腐蝕角熱腐蝕角(槽角槽角)SV64SS/ SL cos（ ） 潤(rùn)濕性潤(rùn)濕性 相分布相分布 1 1200 不不 孤立液滴孤立液滴 1 1/2 /2 120600 局部局部 開(kāi)始滲透晶界開(kāi)始滲透晶界 2 1 00 全潤(rùn)濕全潤(rùn)濕 浸濕整個(gè)材料浸濕整個(gè)材料 3332/365ABCDE(拋光斷面拋光斷面)6667 多晶材料中，如果有兩種不同熱膨脹系數(shù)多晶材料中，如果有兩種不同熱膨脹系數(shù)的晶相組成，在加熱與冷卻過(guò)程中，由于兩相的晶相組成，在加熱與冷卻過(guò)程中，由于兩相膨脹系數(shù)的差別，在晶界上會(huì)有應(yīng)力膨脹系數(shù)的差別，在晶界上會(huì)有應(yīng)力存在

35、。存在。最終會(huì)在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂。最終會(huì)在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂。68LTdK/ 層狀復(fù)合物中晶界應(yīng)力的形成69討論：討論：LTdK/ 在多晶材料中，細(xì)而長(zhǎng)的針狀晶粒的在多晶材料中，細(xì)而長(zhǎng)的針狀晶粒的強(qiáng)度與抗沖擊性強(qiáng)度與抗沖擊性能能較好較好。 (1)晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及復(fù)合層厚度晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及復(fù)合層厚度 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(huì)產(chǎn)生。若熱膨脹系數(shù)是各向同性，晶界應(yīng)力不會(huì)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。70 無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基

36、礎(chǔ)（四）4-4 4-4 粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué) 4-4 Colloid Chemistry of 4-4 Colloid Chemistry of Clay-Water SystemClay-Water System71一、粘土的荷電性一、粘土的荷電性 主要由于粘土晶格內(nèi)離子的同晶置主要由于粘土晶格內(nèi)離子的同晶置換所產(chǎn)生，還可以由吸附在粘土表面換所產(chǎn)生，還可以由吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離的腐殖質(zhì)離 解而產(chǎn)生。解而產(chǎn)生。 1、負(fù)電荷、負(fù)電荷722、兩性電荷、兩性電荷 如高嶺石：如高嶺石：PH=7時(shí)，邊面不帶電荷；時(shí)，邊面不帶電荷；PH8時(shí)，邊面帶時(shí)，邊面帶-2；PH6時(shí)，邊面帶時(shí)，邊

37、面帶+1。 733、凈電荷、凈電荷粘土的負(fù)電荷一般遠(yuǎn)大于粘土的負(fù)電荷一般遠(yuǎn)大于正電荷，因此粘土是帶有負(fù)正電荷，因此粘土是帶有負(fù)電荷的。電荷的。 74二、粘土的離子吸附與交換二、粘土的離子吸附與交換1、粘土的陽(yáng)離子交換性質(zhì)、粘土的陽(yáng)離子交換性質(zhì) 粘土顆粒由于破鍵、晶格內(nèi)類(lèi)質(zhì)同晶替代粘土顆粒由于破鍵、晶格內(nèi)類(lèi)質(zhì)同晶替代和吸附在粘土表面腐殖質(zhì)離解等原因而帶負(fù)電，和吸附在粘土表面腐殖質(zhì)離解等原因而帶負(fù)電，因此，它必然要吸附介質(zhì)中的陽(yáng)離子來(lái)中和其因此，它必然要吸附介質(zhì)中的陽(yáng)離子來(lái)中和其所帶的負(fù)電荷，被吸附的陽(yáng)離子又能被溶液中所帶的負(fù)電荷，被吸附的陽(yáng)離子又能被溶液中其它濃度大價(jià)數(shù)高的陽(yáng)離子所交換，這就是粘

38、其它濃度大價(jià)數(shù)高的陽(yáng)離子所交換，這就是粘土的陽(yáng)離子交換性質(zhì)。土的陽(yáng)離子交換性質(zhì)。Na-粘土粘土+Ca2+Ca -粘土粘土+ Na +75粘土的離子交換反應(yīng)具有的粘土的離子交換反應(yīng)具有的特點(diǎn)：同號(hào)離子相互交換，離子特點(diǎn)：同號(hào)離子相互交換，離子以等當(dāng)量交換，交換和吸附是個(gè)以等當(dāng)量交換，交換和吸附是個(gè)可逆過(guò)程，離子交換并不影響粘可逆過(guò)程，離子交換并不影響粘土本身結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。土本身結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。762、粘土的陽(yáng)離子交換容量、粘土的陽(yáng)離子交換容量影響因素：影響因素：定義：定義：用用100g干粘土所吸附離子的毫克干粘土所吸附離子的毫克當(dāng)量數(shù)來(lái)表示。當(dāng)量數(shù)來(lái)表示。1）粘土種類(lèi)，蒙脫石）粘土種類(lèi)，蒙脫石伊利石伊

39、利石高嶺石高嶺石2、粘土細(xì)度高，離子交換容量大、粘土細(xì)度高，離子交換容量大 3、腐殖質(zhì)含量高，離子交換容量大、腐殖質(zhì)含量高，離子交換容量大773）粘土的陽(yáng)離子交換序排列：）粘土的陽(yáng)離子交換序排列：H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+與水化離子的強(qiáng)度有關(guān)。與水化離子的強(qiáng)度有關(guān)。78三、粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)（三、粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)（electrokinitic properties of clay colloid）1、粘土與水作用、粘土與水作用粘土中的三種水：粘土中的三種水： 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。粘土顆粒吸附著完全定向的水分

40、子層和水化陽(yáng)離子，粘土顆粒吸附著完全定向的水分子層和水化陽(yáng)離子，這部分與膠核形成一個(gè)整體，一起在介質(zhì)中移動(dòng)，其中這部分與膠核形成一個(gè)整體，一起在介質(zhì)中移動(dòng)，其中的水稱(chēng)為牢固結(jié)合水。在牢固結(jié)合水周?chē)徊糠侄ㄏ虺痰乃Q(chēng)為牢固結(jié)合水。在牢固結(jié)合水周?chē)徊糠侄ㄏ虺潭容^差的水稱(chēng)為松結(jié)合水。在松結(jié)合水以外的水稱(chēng)為自度較差的水稱(chēng)為松結(jié)合水。在松結(jié)合水以外的水稱(chēng)為自由水。粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖由水。粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖4-26所示。所示。 79粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖4-26所示。所示。 80影響結(jié)合水量的因素影響結(jié)合水量的因素1）粘土礦物種類(lèi)，）粘土礦物種類(lèi)，蒙脫石蒙脫石高嶺石高嶺石2）粘土分散度，細(xì)

41、度越大，結(jié)合水量越高）粘土分散度，細(xì)度越大，結(jié)合水量越高3）吸附離子種類(lèi)，不同價(jià)：）吸附離子種類(lèi)，不同價(jià)：M+M2+M3+,同同 價(jià)價(jià):Li+Na+K+812、粘土膠體的電動(dòng)電位、粘土膠體的電動(dòng)電位 帶電粘土膠體分散帶電粘土膠體分散在水中時(shí)，在膠體顆粒在水中時(shí)，在膠體顆粒和液相的界面上會(huì)有擴(kuò)和液相的界面上會(huì)有擴(kuò)散雙電層出現(xiàn)，在電場(chǎng)散雙電層出現(xiàn)，在電場(chǎng)作用下粘土質(zhì)點(diǎn)與帶水作用下粘土質(zhì)點(diǎn)與帶水化陽(yáng)離子的牢固吸附層化陽(yáng)離子的牢固吸附層向正極移動(dòng)，而另一部向正極移動(dòng)，而另一部分帶水化陽(yáng)離子的擴(kuò)散分帶水化陽(yáng)離子的擴(kuò)散卻向負(fù)極移動(dòng)，吸附層卻向負(fù)極移動(dòng)，吸附層與擴(kuò)散層各帶相反電荷，與擴(kuò)散層各帶相反電荷，相對(duì)

42、移動(dòng)時(shí)兩者之間存相對(duì)移動(dòng)時(shí)兩者之間存在的電位差稱(chēng)為在的電位差稱(chēng)為電動(dòng)電電動(dòng)電位或位或電位。電位。82粘土質(zhì)點(diǎn)表粘土質(zhì)點(diǎn)表面與擴(kuò)散層之間面與擴(kuò)散層之間的總電位差為熱的總電位差為熱力學(xué)電位差（用力學(xué)電位差（用表示），表示）， 電位則是吸附層電位則是吸附層與擴(kuò)散層之間的與擴(kuò)散層之間的電位差。顯然電位差。顯然圖（圖（4-28）。）。83由不同價(jià)陽(yáng)離由不同價(jià)陽(yáng)離子所飽和的粘土，子所飽和的粘土，其其電位次序?yàn)椋弘娢淮涡驗(yàn)椋篗+M2+M3+。同價(jià)陽(yáng)離子所飽和同價(jià)陽(yáng)離子所飽和的粘土其的粘土其電位次電位次序隨離子半徑增大序隨離子半徑增大而降低。而降低。84四、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

43、變學(xué)基礎(chǔ)、流變學(xué)基礎(chǔ)流變學(xué)：研究物質(zhì)流動(dòng)和變形的一門(mén)科學(xué)流變學(xué)：研究物質(zhì)流動(dòng)和變形的一門(mén)科學(xué)塑性流體：應(yīng)力過(guò)一定值后，物料由紊流變?yōu)閷恿?，塑性流體：應(yīng)力過(guò)一定值后，物料由紊流變?yōu)閷恿鳎l(fā)生牛頓型流動(dòng)。如：泥漿。發(fā)生牛頓型流動(dòng)。如：泥漿。牛頓型流體或牛頓型流體或理想理想流體：流體：dv/dx與與 成正比，比例系成正比，比例系數(shù)為數(shù)為 。如水、甘油、玻璃液。如水、甘油、玻璃液。85粘土液漿的流動(dòng)常見(jiàn)的五種類(lèi)型：粘土液漿的流動(dòng)常見(jiàn)的五種類(lèi)型：賓漢流動(dòng)、塑性流動(dòng)、粘性流動(dòng)、假塑性流賓漢流動(dòng)、塑性流動(dòng)、粘性流動(dòng)、假塑性流動(dòng)、膨脹流型。動(dòng)、膨脹流型。 862、液漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性、液漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性 泥

44、漿中加入泥漿中加入電解質(zhì)電解質(zhì)，適當(dāng)時(shí)可使泥，適當(dāng)時(shí)可使泥漿粘度下降，粘土在水介質(zhì)中充分分漿粘度下降，粘土在水介質(zhì)中充分分散，這種現(xiàn)象為散，這種現(xiàn)象為泥漿的膠流或泥漿稀泥漿的膠流或泥漿稀釋釋?zhuān)^續(xù)加入電解質(zhì)，泥漿內(nèi)粘土粒，繼續(xù)加入電解質(zhì)，泥漿內(nèi)粘土粒子相互聚集粘度增加稱(chēng)為子相互聚集粘度增加稱(chēng)為泥漿的絮凝泥漿的絮凝或泥漿增稠或泥漿增稠。圖示。圖示4-30、4-31。 8788 從流變學(xué)觀點(diǎn)看要制備流動(dòng)性好的泥漿必須從流變學(xué)觀點(diǎn)看要制備流動(dòng)性好的泥漿必須拆開(kāi)粘土泥漿內(nèi)原有的一切結(jié)構(gòu)。粘土片狀顆粒拆開(kāi)粘土泥漿內(nèi)原有的一切結(jié)構(gòu)。粘土片狀顆粒在介質(zhì)中，由于板面、邊面帶同號(hào)或異號(hào)電荷而在介質(zhì)中，由于板面、

45、邊面帶同號(hào)或異號(hào)電荷而必然產(chǎn)生圖必然產(chǎn)生圖4-33所示的幾種結(jié)合方式。所示的幾種結(jié)合方式。 89 泥漿膠溶必須具備三個(gè)條件：泥漿膠溶必須具備三個(gè)條件：介質(zhì)呈堿性；介質(zhì)呈堿性；必須有一價(jià)堿金屬陽(yáng)離子交換粘土原必須有一價(jià)堿金屬陽(yáng)離子交換粘土原來(lái)吸附的高價(jià)離子；來(lái)吸附的高價(jià)離子；陰離子的作用。陰離子的作用。 90 泥漿觸變是泥漿觸變是一種凝膠體與溶一種凝膠體與溶膠體之間的可逆膠體之間的可逆轉(zhuǎn)化過(guò)程。轉(zhuǎn)化過(guò)程。 是與是與泥漿膠體的結(jié)構(gòu)泥漿膠體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖有關(guān)。圖4-34為為觸變結(jié)構(gòu)示意圖。觸變結(jié)構(gòu)示意圖。3、泥漿的觸變性、泥漿的觸變性91由于不完全膠溶的粘土活性邊由于不完全膠溶的粘土活性邊面殘留少量面殘留少量正電荷以致形成局部邊正電荷以致形成局部邊面或邊面或邊邊結(jié)合，包邊結(jié)合，包裹大量自由水形成卡片結(jié)構(gòu)，稍加外力這種結(jié)裹大量自由水形成卡片結(jié)構(gòu)，稍加外力這種結(jié)構(gòu)破壞，而使包裹的大量構(gòu)破壞，而使包裹的大量“自由水自由水”釋放，泥釋放，泥漿流動(dòng)性又恢復(fù)，靜止后由于存在部分邊漿流動(dòng)性又恢復(fù)，靜止后由于存在部分邊面面吸引，三維網(wǎng)架又重新建立（卡片結(jié)構(gòu)又重新吸引，三維網(wǎng)架又重新建立（卡片