电子材(陶瓷)工艺原理03.ppt

第三节 颗粒表面能与粉料的活化 一、粉料的活性 化学观点： 活性主要指粉料的化学活泼程度，是指参与化学反应的难易，即化学活泼性。 物理观点： 指构成粉料的质点（原子、离子、分子）挣脱本身结构束缚而进行扩散、挥发的可能性。 二、结合能与表面能 1、结合能 由高度分散状态的离子结合成单位质量的离子晶体时所释放出的能量或某单位质量的离子晶体彻底分散为正负离子时所作的功。 2、表面能 在离子晶体内部的任一离子通常被与它相反电荷的离子所包围，处于稳定的低能位状态。 结论：表面离子能量内部离子能量 表面能：表面离子高于体内离子所具有的那部分能量。 例如，将一块晶体分为两半，必须作功ΔW，同时晶体增加了两个表面，这两个表面的面积设为ΔA， 由于ΔW是为增加表面能而支付的，于是有： γ—表面能(比表面能)，ΔW—增加ΔA面积外力作的功，ΔA—外力作功所增加的表面积。 比表面能、表面能、表面自由能、表面张力的概念具有一致性。在自然界中，不论是液体还是固体，表面的总能量总是趋于降低，介稳状态向稳定状态过渡。一定重量的固体，粉碎得越细，总的表面积A越大，体系之总表面能 W =γA越大。这样的系统能量较高，系统不稳定，只要条件许可，如外力作用，将自发地趋向于使小晶粒长成粗晶粒，从而降低表面自由能。 三、比表面与等效粒径 1、比表面 比表面有二种表达方式，它们是体积和重量比表面。数学表达式分别为： (体积比表面) (重量比表面) 其中A－粉料的总表面积，V－粉料的总体积，ρ－粉料的比重。 2、比表面与粒度的关系 粉料体积一定则颗粒越小比表面越大。设粉粒粒形为立方体，各边长为1cm，表面积为6cm2，体积为1cm3。当边长减少到原长的十分之一，即10-1cm时，粉粒数便增加到103个。总面积增加到6×10cm2，（0.1×0.1）×6×103= 6×10cm2，即增加十倍，相应比表面也增加到6×10cm-1，增加了十倍。 由书P12中的表1-2可知，立方体的边长每减少一个数量级，则比表面增加一个数量级。 推论： 粉料体系粒度每降低一个数量级，则粉料体系比表面就增加一个数量级。 3、等效粒径与比表面之间的关系 电子材料工艺中常用到等效粒径或者说平均直径的概念，我们常说的某一粉体系统的粒径一般指平均值。为了定义这个平均值，设粉粒为球形，r为球半径，d为球直径，则球面积A=4πr2=πd2。 球体积 重量比表面 体积比表面 ρ为粉料的比重，这样近似求得粉料的等效粒径与比表面的关系 式： 或者说 实际粉粒并非圆球状故用平均 直径 代替d。 四、固体中质点的活性与位置的关系 质点的活性：固体中某一质点，挣脱原有结构给予它束缚力的 可能性。 注意：粉料的活性指整个粉体系统而言，质点的活性则对单个 粒子而言。 1、内离子 2、内角离子 3、内棱离子 4、表面离子 5、外棱离子 6、外角离子 固体中处于不同位置上的离子所受束缚力有： 内离子内角离子内棱离子表面离子外棱离子外角离子 固体中质点的活性正相反： 内离子内角离子内棱离子表面离子外棱离子外角离子 书中P14表1-3说明，随立方体的体积增大，角、棱、面上活性离子所占百分率呈指数般地减少。 当棱上离子只有2个时，棱离子、面离子、角离子都占百分之百，因为有六个面，十二条棱，八个角，这些离子既是棱上、面上也是角上之离子。每条棱上离子数2，则总离子数8个，角离子%=100%；棱离子%=100%；面离子%=100%。 当一条棱上离子为10个时，总离子数： 10×10×10=103 面离子数： 2×100＋2×80+2×64=488 面离子所占百分率： (488÷1000)×100%=48.8% 棱离子数： 4×10+8×8=104 棱离子所占百分率： (104÷1000)×100%=10.4% 角离子数： 8×1=8 角离子所占百分率： (8÷1000)×100%=0.8% 五、粉料的活化措施 粉料的活化措施主要有：机械粉碎和低温锻烧。 1、机械粉碎 缺陷能： 处于晶格缺陷处离子具有高于正常格点上的离子之能量，高出的那部分能量称为缺陷能。 2