表面材料化學專業(yè)市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、第4章 表面和界面 4.1 概述 4.2 固體表面 4.3 界面行為 4.4 晶界第1頁學習目:掌握表面自由能和表面張力概念區(qū)分。熟悉附加壓力概念，熟悉Laplace公式。熟悉開爾文公式，了解其在燒結(jié)理論中應用。了解固體表面特征。熟悉Young公式應用。6. 了解晶界對于材料性能影響。第2頁4.1 概述 表面、相界和晶界是無機材料各種聚集狀態(tài)中特殊部分，對無機材料性質(zhì)有著強烈影響，對無機材料制備過程也起著相當大大作用，有時是決定性作用。所以，這一領域越來越受到人們關(guān)注。第3頁物體對真空或與本身蒸氣接觸面。因為絕正確真空并不存在，在許多場所下，把固相與氣相、液相與氣相之間分界面稱為表面。 指結(jié)構(gòu)

2、不一樣兩塊晶體或結(jié)構(gòu)相同而點陣參數(shù)不一樣兩塊晶體接合而成交界面。同種材料相同結(jié)構(gòu)兩個晶粒之間之間邊界，也稱為晶粒間界。 界面表面相界晶界第4頁4.2 固體表面4.2.1 表面主要性4.2.2 固體表面特征4.2.3 固體表面結(jié)構(gòu)*4.2.4 固體表面能*第5頁4.2.1 表面主要性這些現(xiàn)象發(fā)生都與表面層（或界面層）分子特有性質(zhì)親密相關(guān)化工生產(chǎn)中多相催化；火法冶金中夾雜物排除； 鐵渣分離；選礦作業(yè)中浮選；農(nóng)業(yè)中土壤性質(zhì)；農(nóng)藥配制； 礦物地質(zhì)；食品乳化；油污去除；機械潤滑，等等。表面現(xiàn)象和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有著親密關(guān)系表面現(xiàn)象是自然界中常見現(xiàn)象露珠呈球形；毛細管現(xiàn)象；防雨布不被水潤濕；活性炭能使糖汁脫色

3、，等等第6頁固體表面是固相和氣相（或真空）接觸面。研究表面現(xiàn)象對于材料制備、性能、使用等方面也有十分主要意義。固體材料晶體缺點半導體材料純化金屬防腐高分子材料粘結(jié)與染色復合材料增強纖維表面處理等都與材料表面現(xiàn)象研究相關(guān)。第7頁 物體表面質(zhì)點性質(zhì)不一樣于內(nèi)部，它使物體表面展現(xiàn)出一系列特殊界面行為，對固體材料物理化學性質(zhì)和工藝過程都有主要意義。 Example:制備硅酸鹽材料采取細分散粉料。如1kg石英砂從直徑為10-2m粉碎到10-9m，表面積與表面能改變?nèi)绫硭硎?。直徑（m）表面積A（m2/g）表面能（J/m2）10-20.260.2710-92.6106 2.7106 石英粉表面積與表面能

4、因為高分散度物系比低分散度物系能量高得多,必定使物系因為分散度改變而使二者在物理性質(zhì)(如熔點、沸點、蒸汽壓、溶解度、吸附、潤濕和燒結(jié)等）和化學性質(zhì)（化學活性、催化、固相反應）方面有很大差異。第8頁伴隨材料科學發(fā)展，固體表面結(jié)構(gòu)和性能日益受到科學界重視。伴隨近年來表面微區(qū)分析、超真空技術(shù)以及低能電子衍射等研究伎倆發(fā)展，使固體表面組態(tài)、構(gòu)型、能量和特征等方面研究逐步發(fā)展和深入，并逐步形成一門獨立學科-表面化學和表面物理。第9頁4.2.2 固體表面特征4.2.2.1 固體表面不均勻性4.2.2.2 固體表面力4.2.2.3 固體真實表面4.2.2.4 表面張力和表面能Note：因為固體界面現(xiàn)象都發(fā)生

5、在固體表面，并由表面力引發(fā)，所以，表面力以及固體表面不均勻性，將會對界面現(xiàn)象產(chǎn)生顯著影響。第10頁4.2.2.1 固體表面不均勻性絕大多數(shù)晶體是各向異性，所以同一個晶體能夠有許多性能不一樣表面。同一個固體物質(zhì)，制備或者加工條件不一樣也會有不一樣表面性質(zhì)。實際晶體表面因為晶格缺點、空位或者位錯而造成表面不均勻性。固體表面不均勻性表現(xiàn)在：第11頁實際固體表面不論怎樣加工，從原子尺度衡量，即使宏觀看來很光滑表面，實際上也是凹凸不平（實際固體表面是凹凸不平）。只要固體暴露在空氣中，其表面總是被外來物質(zhì)所污染，被吸附外來原子可占據(jù)不一樣表面位置，形成有序或無序排列，也引發(fā)固體表面不均一性。第12頁4.2

6、.2.2 固體表面力1、概念2、表面力分類第13頁1、概念晶體中每個質(zhì)點周圍都存在一個力場，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點力場是對稱。但在固體表面，質(zhì)點排列周期重復性中止，使處于表面邊界上質(zhì)點力場對稱性破壞，表現(xiàn)出剩下鍵力，這就是固體表面力。 這種剩下鍵力是造成固體表面吸引氣體分子、液體分子（如潤濕或從溶液中吸附）或固體質(zhì)點（如粘附）原因。第14頁固體表面上吸引作用，是固體表面力場和被吸引質(zhì)點力場相互作用所產(chǎn)生，這種相互作用力，稱為固體表面力。or第15頁2、表面力分類固體表面力分為范德華力（分子引力）化學力Note: 化學力和范德華力能夠同時存在，二者在表面力中占有比重，可隨條件改變而改變。第16頁化學力

7、本質(zhì)上是靜電力，主要來自表面質(zhì)點不飽和鍵。當固體吸附劑利用表面質(zhì)點不飽和價鍵將吸附物吸附到表面之后，各吸附物與吸附劑分子間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移時，就產(chǎn)生化學力，形成化學吸附。實質(zhì)上，就是形成了表面化合物，但只限于固體表面上一個分子厚度（單分子層）。第17頁(2) 范德華力普通指固體表面分子與被吸附物分子（如氣體分子）之間相互作用力，是固體表面產(chǎn)生物理吸附和氣體凝聚主要原因，與液體內(nèi)壓、表面張力、蒸氣壓、蒸發(fā)燒等性質(zhì)親密相關(guān)。定向作用力（靜電力）誘導作用力分散作用力（色散力）分子間引力主要起源于三種不一樣效應第18頁(a) 定向作用力（靜電力） 主要發(fā)生在極性分子（離子）之間。 相鄰兩個電偶極矩因極性不

8、一樣而相互作用力。第19頁(b) 誘導作用力 主要發(fā)生在極性分子和非極性分子之間。 非極性分子在極性分子作用下被極化誘導出一個瞬時電偶極矩，隨即與原來極性分子發(fā)生相互作用。第20頁(c) 分散作用力（色散力）主要發(fā)生在非極性分子之間。非極性分子是指核外電子云呈球形對稱而不顯示固有電偶極矩分子，也就是指電子在核外周圍出現(xiàn)概率相等，所以在某一時間內(nèi)電偶極矩平均值為分子。不過就電子在繞核運動某一瞬間，在空間各個位置上，電子分布并非嚴格相同。這么就將出現(xiàn)瞬間電偶極矩。這種瞬間電偶極矩之間以及它對相鄰分子誘導作用所引發(fā)相互作用效應，稱為色散作用。第21頁Note:對不一樣物質(zhì)，上述三種作用并非均等。比如

9、，對于非極性分子，定向作用和誘導作用很小，能夠忽略，主要是色散作用。三種作用力均與分子間距離七次方呈反比，說明分子間引力作用范圍極小，普通約在0.30.5nm以內(nèi)。范德華力通常只表現(xiàn)出引力作用。第22頁4.2.2.3 固體真實表面在絕大多數(shù)情況下，實際固體表面是凹凸不平。裂隙、微縫、孔洞都可能存在，即使是高度磨光鋼表面，其高峰和凹坑之差可到達0.1-1m甚至更大。對于固體表面不均勻性，通常將固體表面分成外表面和內(nèi)表面。第23頁外表面包含全部顯著表面，以及寬度大于深度全部裂隙壁面；內(nèi)表面包含深度超出寬度裂隙和空洞壁面而不包含封閉氣孔。Note:粉末顆粒表面，假如單個看，只有外表面，假如用強大機械

10、壓力將顆粒壓合起來，可使一部分外表面變成內(nèi)表面。含有強烈吸附能力多孔性固體，其內(nèi)表面比外表面面積，可大幾個數(shù)量級。第24頁4.2.2.4 表面張力和表面能表面張力和表面能是描述表面狀態(tài)主要物理量。 物質(zhì)含有表面現(xiàn)象是因為物質(zhì)表面含有表面能緣故。1. 表面張力和表面自由能概念液體和固體表面張力和表面自由能比較表面現(xiàn)象基本規(guī)律第25頁表面張力和表面自由能概念表面張力表面自由能表面張力是擴張表面單位長度所需要力 ，其方向是順沿著液體表面（與液體表面相切）而且促使液體表面積減小。物質(zhì)表面質(zhì)點恒較內(nèi)部質(zhì)點含有較高能量，這個比內(nèi)部質(zhì)點多出能量稱為表面能，而一定物質(zhì)表面積越大，表面能越大。保持溫度和壓力恒定

11、時，增加單位表面所引發(fā)吉布斯自由能增量，即單位表面上所含有表面自由能，或稱比表面自由能。增加一個單位新表面所需功，稱為比表面能，即單位表面積上分子比相同數(shù)量內(nèi)部分子多出一部分額外自由能。 第26頁2.液體和固體表面張力和表面自由能比較液 體 固 體二者數(shù)值相同二者不能混為一談表面張力（或表面自由能）只決定于分子在表面上排列方式；而液體表面排列方式在形狀改變之后，能很快地調(diào)整恢復原狀 。當形狀改變后，表面積發(fā)生改變，因為表面分子重新排列相當困難，不能恢復原狀。于是表面分子（或離子）排列方式發(fā)生改變，表面張力和表面自由能均改變，不能提到積分號外，二者數(shù)值就不相同。第27頁3.表面現(xiàn)象基本規(guī)律體系熱

12、力學性質(zhì)如吉布斯自由能G是溫度、壓力和組分函數(shù)(忽略了表面大小對它影響)比如，水在101.325kPa下，溫度超出373K而不沸騰；液態(tài)金屬冷卻到正常凝固溫度時不結(jié)晶等現(xiàn)象，都是因為物質(zhì)表面性質(zhì)所引發(fā)結(jié)果，所以了解表面現(xiàn)象基本規(guī)律是很主要。對于體系是一個很大連續(xù)相來說，這種忽略是能夠，并不會影響所得結(jié)論。對于高度分散體系來說，因為含有很大比表面積，表面吉布斯自由能之值相當可觀，不但不可忽略，甚至會對體系熱力學性質(zhì)影響起著決定性作用。第28頁 一個高度分散體系總吉布斯自由能，能夠認為是體積吉布斯自由能（內(nèi)部吉布斯自由能）G體和表面吉布斯自由能G表之和，即G總= G體+ G表= G體+ A 假如體

13、系溫度、壓力、組成總量不變， G體為一常數(shù)，則體系總吉布斯自由能改變僅決定于表面吉布斯自由能改變，即dG總= d G表= d （ A）= dA + A d 這個公式為表面改變方向提供了一個熱力學準則，從它能夠得出一些主要結(jié)論以下：第29頁一定A一定(分散度不變) 和A都有改變d G= dAd G= A dd G=dA+A d只有當dA0，dG才小于0。只有縮小表面積，才能降低體系表面吉布斯自由能，使體系趨于穩(wěn)定狀態(tài)，所以縮小表面積過程是自發(fā)過程。若要dG0，則必須d n is ，而U i b U i s ，所以從晶體內(nèi)取走一個原子所需要能量大。若U ib = U is ，則第i個原子（或離子）

14、在晶體體積內(nèi)和表面上兩個不一樣狀態(tài)下內(nèi)能之差為：從晶體內(nèi)移走一個原子所需能量是U i b n i b/2從晶體表面移走一個原子所需能量是U is n is/2第54頁U0-晶格能；N-阿伏加德羅常數(shù)。0是0 K時表面能（單位面積自由能）。假如Ls表示1m2表面上原子數(shù)，從上式能夠得到，第55頁由此可見，計算值約是試驗值20倍計算MgO（100）面0 并與試驗測得進行比較。MgO晶體U0= 3.93103J/mol,Ls= 2.261019/m2,N=6.0231023/mol,n is/nib=5/6,由方程式計算得到0 =24.5J/ m2。在77K下，真空中測得MgO0為1.28 J/ m

15、2 。第56頁 表面層結(jié)構(gòu)與晶體內(nèi)部相比發(fā)生了改變。Mg2+從表面向內(nèi)縮進，表面將由可極化氧離子所屏蔽，實際上等于降低了表面上原子數(shù)，從而造成0降低。 自由表面不是理想平面，而是由許多原子尺度階梯組成，這在計算中沒有考慮。這么在試驗數(shù)據(jù)中真實面積實際上比理論計算所考慮面積大，這也使計算值偏大。實測表面能值比理想表面能值低原因是:第57頁一些物質(zhì)在真空或惰性氣體中表面能材 料溫度表面能（ 103）N/m水2572NaCl（液）801114NaCl（晶）25300硅酸鈉（液）1000250Al2O3（液）2080700Al2O3 （固）1850905MgO（固）251000TiC（固）110011

16、900.2Na2O-0.8SiO21350380CaCO3晶體(1010)25230第58頁4.3 界面行為4.3.0 概述4.3.1 彎曲表面效應4.3.2 固液界面潤濕4.3.3 粘附4.3.4 固體表面改性第59頁4.3.0 概述 界面行為包含晶界、固體與氣體、固體與液體以及固相接觸面所發(fā)生一系列物理或化學改變。固體表面總是與氣相、液相或其它固相相接觸，在表面力作用下，接觸界面上將發(fā)生一系列物理或化學過程。 硅酸鹽材料制造即使領域中，有很多包括相界面間物理改變和化學改變問題，假如應用界面化學規(guī)律就能夠改變界面物性，改進工藝條件和開拓新技術(shù)領域。了解和研究界面行為將有利于材料制備和應用。第

17、60頁4.3.1 彎曲表面效應4.3.1.1 曲面附加壓力4.3.1.2 毛細現(xiàn)象4.3.1.3 曲面上飽和蒸汽壓4.3.1.4 微晶溶解度和熔點第61頁4.3.1.1 曲面附加壓力1. 附加壓力2. 不一樣液面上附加壓力3. 附加壓力與表面張力關(guān)系 第62頁1. 附加壓力用一玻璃管吹一肥皂泡將管口堵?。翰粚⒐芸诙伦。捍嗽囼灡砻鳎簹馀輧?nèi)壓力必須大于外壓，氣泡才能穩(wěn)定存在。第63頁氣泡是一個彎曲液面，液體表面張力迫使液面向內(nèi)收縮，產(chǎn)生一個額外壓力，這個額外壓力就叫附加壓力（Ps）。要使氣泡穩(wěn)定，氣泡內(nèi)壓力必定大于外壓（除了要有壓力反抗大氣壓外，還必須有一大小相等壓力和附加壓力抗衡）。Note:

18、附加壓力只發(fā)生在彎曲液面上。第64頁2. 不一樣液面上附加壓力凸面表面張力協(xié)力指向液體內(nèi)部，附加壓力為正凹面表面張力協(xié)力指向液體表面外部，附加壓力為負平面表面張力方向水平，沿周圍各個方向表面張力相抵消，液體表面內(nèi)外壓力相等。附加壓力為0第65頁彎曲表面附加壓力P總是指向曲面曲率中心：當曲面為凸面時， P為正值；當曲面為凹面時， P為負值。第66頁3. 附加壓力與表面張力關(guān)系把一根毛細管插入液體中，向毛細管吹氣，在管端形成一個半徑為R氣泡。第67頁 為了克服表面張力,環(huán)境所做功為（P- P0）dv， 平衡時這個功應等于系統(tǒng)表面能增加：（P - P0 ）dv =dA 假如管內(nèi)壓力增加,氣泡體積增加

19、dv,對應表面積也增加dA。 假如液體密度是均勻,不計重力作用,那么妨礙氣泡體積增加唯一阻力是因為擴大表面積所需要總表面能.第68頁（1）液滴（或氣泡）越小，曲率半徑r越小，它所產(chǎn)生附加壓力越大。由公式可知：(2) 對于不一樣液體，若曲率半徑相同，表面張力越大，則附加壓力越大。第69頁附加壓力P總是指向曲面曲率中心。凸形液面（如空氣中液滴界面），曲率半徑r為正值， P 0，附加壓力方向指向液體內(nèi)部； 凹形液面（如液體中懸浮氣泡界面），曲率半徑r為負值， P 0）蒸氣壓大于平面液體蒸氣壓，且液滴越小，其蒸氣壓越大； 凹面液體，如液體中微小氣泡，因為其半徑為負值（對液-氣界面來說r2 P平 P凹。

20、第82頁式中，P1-近似為平面液面上蒸氣壓。 凹面上蒸氣壓低于 平面上蒸氣壓。 假如在指定溫度下，環(huán)境蒸氣壓為P0時（P凹 P0P平），則該蒸氣壓對平面液體未達飽和，但對管內(nèi)凹面液體已呈過飽和， 此蒸氣在毛細管內(nèi)會凝聚成液體。這個現(xiàn)象稱為毛細管凝聚。 第83頁毛細管凝聚現(xiàn)象在生產(chǎn)和實際生活中?？膳龅剑罕热纾禾沾缮髦杏泻芏嗝毧祝瑥亩性S多毛細管凝聚水，這些水因為蒸氣壓低而不易被排除，若不預先充分干燥，入窯將易炸裂。水泥地面在冬天易凍裂也與毛細管凝聚水存在相關(guān)。第84頁在燒結(jié)理論中經(jīng)常采取以下開爾文公式 ：P1-曲面上蒸氣壓，該曲面有兩個主曲率半徑r1和r2。P0-指平面液面上蒸氣壓。第85頁

21、4.3.1.4 微晶溶解度和熔點 當物質(zhì)表面曲率較大時,彎曲表面壓力差對物質(zhì)性質(zhì)一個主要影響是使其蒸氣壓(及溶解度)等發(fā)生改變。 第86頁開爾文公式 用于固體溶解度：LS-固液界面張力；C 、 C0-分別為半徑為r小晶體和大晶體溶解度；d-固體密度。公式表明：微小晶粒溶解度大于普通顆粒溶解度。第87頁微晶表面和內(nèi)部缺點顯著增加，使系統(tǒng)含有較高能量、較大活性，破壞晶格所需能量較少，故微晶熔點下降。晶體熔點和晶體大小關(guān)系由熱力學導出：第88頁4.3.2 固液界面潤濕4.3.2.1 概念4.3.2.2 潤濕類型4.3.2.3 接觸角和Young方程4.3.2.4 影響潤濕原因第89頁4.3.2.1

22、概念潤濕是固液界面上主要行為。潤濕是近代很多工業(yè)技術(shù)基礎。比如，機械潤滑，注水采油，油漆涂布，陶瓷、搪瓷坯釉結(jié)合，陶瓷與金屬封接等工藝和理論都與潤濕作用有親密關(guān)系。第90頁潤濕熱力學定義為：固體與液體接觸后，體系（固體+液體）吉布斯自由能降低時，就稱為潤濕。潤濕程度與兩相性質(zhì)相關(guān)。 Or: 潤濕是一個流體從固體表面置換另一個流體，使體系Gibbs自由能降低過程。第91頁4.3.2.2 潤濕類型1、附著潤濕2、鋪展?jié)櫇?、浸漬潤濕1930年，Osterhof和Bartell 依據(jù)潤濕程度不一樣，把潤濕現(xiàn)象分成:第92頁潤濕三種形式三者共同特點：液體將氣體從固體表面排開，使原有固-氣（或液-氣）界

23、面消失，代之以固-液界面。潤濕最高標準第93頁1、附著潤濕液相和固相按如圖方式結(jié)合。指液體和固體接觸后，變液-氣界面和固-氣界面為固-液界面。過程進行總結(jié)果是：消失一個固-氣和一個液-氣界面，產(chǎn)生一個固-液界面。第94頁設這三種界面面積均為單位值，比表面自由能分別為sg 、ls 、lg，在恒溫恒壓下，上述過程吉布斯自由能改變?yōu)椋焊街鴿櫇駥嵸|(zhì)是液體在固體表面上粘附，所以在討論附著潤濕時，慣用粘附功這一概念，定義為：第95頁粘附功意義：表示將單位面積液-固界面拉開所做功。從公式知： ls越小，W越大，液體越輕易潤濕固體，表示固-液界面結(jié)合越牢靠，也即附著潤濕越強。液固液固附著拉開附著功示意圖第96

24、頁Example1: 在陶瓷和搪瓷生產(chǎn)中釉和琺瑯在坯體上牢靠附著是很主要。 普通sg 、lg是固定； 在實際生產(chǎn)中為了使液相擴散和到達較高附著功，普通采取化學性能相近兩相系統(tǒng)，這么能夠降低ls ，提升粘附功W。Example2: 在高溫煅燒時兩相之間如發(fā)生化學反應，會使坯體表面變粗糙，熔質(zhì)填充在高低不平表面上，相互嚙合增加兩相之間機械附著力。第97頁 如圖方式結(jié)合。置一液滴于固體表面上。恒溫恒壓下，若此液滴在固體表面上自動展開形成液膜，則稱此過程為鋪展?jié)櫇瘛?失去了固-氣界面，形成了固-液界面和液-氣界面。2、鋪展?jié)櫇竦?8頁設液體在固體表面上展開了單位面積，則體系自由能改變?yōu)椋簯T用鋪展系數(shù)來

25、表示體系自由能改變：第99頁由公式可知：鋪展系數(shù)0，則G0，液體可在固體表面自動展開。鋪展系數(shù) ls , Wi0,則G0，浸漬潤濕過程可自發(fā)進行。若sg 0，要將液體浸于固體之中必須做功。第103頁4.3.2.3 接觸角和Young方程在大氣環(huán)境（g）中，一液滴滴（l）落在清潔平滑固體表面（s）上，則接觸角是液氣界面經(jīng)過液體與固液界面所交角。18，Young指出，接觸角問題可當做平面固體上液滴受三個界面張力作用來處理。第104頁當三個作用力到達平衡時，幾個界面能（表面能）之間關(guān)系為：sg-固體表面能，或固、氣界面上表面張力；ls -固體與液體界面能，過固、液界面上表面張力；sg-液體表面能，或

26、液體與氣體界面上表面張力；-接觸角或潤濕角，表示液體對固體潤濕能力，越小，潤濕能力越強，反之則越差。第105頁當把一滴液體滴在固體表面，因為表面能和界面能不一樣，在固-液-氣三相到達平衡時，能夠出現(xiàn)三種不一樣形狀 。第106頁由公式可知：液體對固體潤濕是否，即大小取決于它們界面能相對大小。第107頁潤濕先決條件是sg ls ，或ls十分微小。當兩相組成十分靠近時，是能夠滿足這一要求。第108頁 假如這類材料表面能大于其與熔體界面能，則熔體就能潤濕這類材料，并滲透縫隙之中，加速其損壞。 Example1:陶瓷與耐火材料蝕損，與熔體對其表面潤濕性相關(guān)。第109頁Example2: 在金屬澆鑄時，熔

27、融金屬對砂型潤濕性有一定要求。若金屬對砂型潤濕性太差，則所澆成鑄件在尖角或轉(zhuǎn)彎初就要成為圓角，不能和砂型很好吻合。若潤濕性太好，則熔融金屬會滲透砂型孔隙，形成不光滑鑄件。砂型材料合理配方和金屬熔體組成控制就是鑄造中一個主要課題。第110頁Example3: 浮選實踐指出,礦物可浮性與其潤濕性有親密關(guān)系。 疏水性礦物，如石墨、硫磺、輝鉬礦等很輕易浮選； 親水性礦物，如石英、方解石、長石卻極難浮選。第111頁4.3.2.4 影響潤濕原因1、界面張力及固體吸附膜2、固體表面粗糙度潤濕是人們生產(chǎn)實踐和日常生活中經(jīng)常遇到現(xiàn)象。很多工業(yè)技術(shù)中要求改善固-液界面潤濕性，但也有很多場所適得其反，要求固-液界面

28、不潤濕。怎樣改變固-液潤濕性以適應生產(chǎn)技術(shù)要求呢？第112頁1、界面張力及固體吸附膜（1）改變ls 、lg（2）改變sg從Young方程可知：潤濕性主要取決于sg 、ls 、lg相對大小。第113頁（1）改變ls 、lg如：在陶瓷生產(chǎn)中，通常采取使固液兩相組成盡可能靠最近降低ls ，經(jīng)過在玻璃相中加入B2O3和PbO來降低lg。金屬陶瓷中，純銅與碳化鋯(ZrC)之間接觸角=135（1100）。當銅中加入少許Ni（0.25%）， 降為54。Ni作用是降低ls ，這么就使銅-碳化鋯結(jié)合性能得到改進。第114頁（2）改變sgsg是固體露置于蒸氣中表面張力，而真實固體表面都有吸附膜，吸附膜將會降低固體

29、表面能。 吸附膜存在使接觸角增大，起著妨礙液體潤濕鋪展作用。如：在陶瓷生坯上釉前、金屬和陶瓷封接等工藝中，都要使坯體或工件保持清潔，其目是除去吸附膜，提高sg以改善潤濕性。第115頁2、固體表面粗糙度粗糙度改進潤濕與粘附強度實例生活中隨地可見：水泥和混凝土之間，表面越粗糙，潤濕性越好.陶瓷元件表面披銀，必須先將瓷件表面磨平并拋光，才能提升瓷件與銀層間潤濕性。第116頁表面粗糙度系數(shù)由公式知：式中，當真實接觸角小于90時，此時固液是潤濕，粗糙度越大，表觀接觸角越小，就越輕易潤濕；當真實接觸角大于90時，此時固液是不潤濕，粗糙度越大，就越不輕易潤濕； 等于90時，粗糙度對潤濕性沒有影響。第117頁

30、4.3.3 粘附粘附是固體表面剩下力場與其緊密接觸固體或液體質(zhì)點之間相互吸引而發(fā)生界面行為。其本質(zhì)是兩種物質(zhì)之間表面力作用結(jié)果。粘附對于薄膜鍍層，不一樣材料間焊接以及玻璃纖維增強塑料、橡膠、水泥、石膏等復合材料結(jié)合等工藝都有特殊意義。第118頁粘附通常發(fā)生在固液界面上，是粘結(jié)和附著綜合表現(xiàn)，并決定于以下條件：4.3.3.潤濕性4.3.3.2 粘附功4.3.3.3 粘附面界面張力4.3.3.4 相容性或親和性第119頁第120頁第121頁第122頁第123頁4.3.4 固體表面改性4.3.4.1 概念4.3.4.2 表面活性物質(zhì)4.3.4.3 應用舉例第124頁4.3.4.1 概念固體表面如未受

31、到尤其處理，其表面總是被吸附膜所覆蓋。這是因為新鮮表面含有較強表面力，能快速地從空氣中吸附氣體或其它物質(zhì)來滿足它結(jié)合要求。因為吸附膜形成改變了表面原來結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而到達了表面改性目標。第125頁表面改性是利用固體表面吸附特征經(jīng)過各種表面處理改變固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以適用各種預期要求。表面改性對材料制造工藝和材料性能都有很主要作用。Example：在用無機填料制備復合材料時，經(jīng)過表面改性，使無機填料由原來親水性改為疏水性和親油性，這么就提升了該物質(zhì)對有機物質(zhì)潤濕性和結(jié)合強度，從而改進復合材料各種理化性能。第126頁表面改性技術(shù)路徑很多，可采取涂料涂層、化學處理、輻射處理、機械方法等。表面改性實

32、質(zhì)上是經(jīng)過改變固體表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)和官能團來實現(xiàn)。其中最慣用是各種有機表面活性物質(zhì)（表面活性劑）。第127頁4.3.4.2 表面活性物質(zhì) 能夠降低體系表面（或界面）張力物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。Note： 表面活性劑必須指明對象，而不是對任何表面都適用。 如鈉皂是水表面活性劑，對液態(tài)鐵就不是；反之，硫、碳對液態(tài)鐵是表面活性劑，對水就不是。 普通來說，非尤其指明，表面活性劑都對水而言 。第128頁表面活性劑分子含有親水性極性基含有憎水性非極性基OH、-COOH、-SO3Na 等基團 碳氫基團、烷基丙烯基 等 親水基憎水基 適當?shù)剡x擇表面活性劑這兩個原子團百分比就能夠控制其油溶性和水溶性程度，制得符合要求

33、表面活性劑。第129頁4.3.4.3 應用舉例（1）在陶瓷工業(yè)中經(jīng)慣用表面活性劑來對粉料進行改性，以適應成型工藝需要。Example 1：Example 2：（2）在水泥工業(yè)中，為提升混凝土力學性能在新拌混凝土中要加入減水劑。Example 3：第130頁Example 1:用于制造高頻電容器瓷化合物CaTiO3，其表面是親油，如圖所表示，而成型工藝需要其與水混合。此時加入烷基苯磺酸鈉。使憎水基吸在CaTiO3表面而親水基向著水溶液，此時CaTiO3表面由憎水改為親水。親水基憎水基CaTiO3第131頁Example2: 氧化鋁瓷在成型時，Al2O3粉用石蠟作定型劑。Al2O3粉表面是親水，而

34、石蠟是親油。二者不易吸附，石蠟和瓷粉混合輕易分離出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。為了降低胚體收縮應盡可能降低石蠟用量。親水基憎水基第132頁生產(chǎn)中加入油酸來使Al2O3粉表面由親水性變?yōu)橛H油性。油酸分子為CH3-（CH2）7 CH = CH-（CH2）7 COOH，其親水基向著Al2O3表面而憎水基向著石蠟。因為Al2O3表面改為親油性，能夠降低石蠟用量并提升漿料流動性，使成型性能改進。第133頁Example 3：在水泥工業(yè)中，為提升混凝土力學性能在新拌混凝土中要加入減水劑。減水劑: 表面活性物質(zhì) 由親水基團和疏水基團組成第134頁 水泥加水拌和之后，水泥漿形成絮凝結(jié)構(gòu)； 這種絮凝結(jié)構(gòu)包裹了一定拌和水，降低了混凝土拌和物和易性。 水泥漿中加入適量減水劑，水泥顆粒相互分開，絮凝結(jié)構(gòu)解體，包裹游離水被釋放出來，有效地增加了混凝土拌和物流動性。第135頁4.4 晶界4.4.1 晶界概念4.4.2 晶界研究意義4.4.3 晶界分類4.4.4 晶界特征4.4.5 晶界構(gòu)形第136頁6.4.1 晶界概念 凡結(jié)構(gòu)相同而取向不一樣晶體相互接觸，其接觸面稱為晶界。第137頁6.4.2 晶界研究意義無機非金屬材料是由微細粉料燒結(jié)而成。 在燒結(jié)時，眾多微細顆粒形成大量結(jié)晶中心，當它們發(fā)育成晶粒并逐步長