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* * * * (1)毛细管凝结【对于凹面】 在毛细管内,液体如果能润湿管壁,则管内液面呈凹形,一定温度下,对于一般平面尚未达到饱和蒸汽压,而对毛细管内凹液面,已经达到饱和或过饱和了,蒸汽开始凝聚为水,称为毛细管凝聚。 毛细管凝聚在生产上经常起作用,如陶瓷生坯中有很多毛细管孔隙,水又润湿生坯,这样水蒸气易在毛细管内凝聚,故生坯排出水分需要加温干燥。 水泥地面在冬天易冻裂【但毛细管内液态水的冰点随着孔径的减小而降低,抗冻性试验要求在-18℃以下】,硅胶能吸附空气中的水分等,都是毛细吸附现象。 开尔文公式的应用 * 开尔文公式的应用 (2)微晶的溶解度【对于凸面】 将开尔文公式结合克劳修斯—克拉贝隆方程,可计算固体颗粒半径对其熔化温度的影响: 开水文公式可用于固体的溶解度: 结论:微小晶粒溶解度大于普通晶体的溶解度。 (3)微晶的熔点【对于凸面】 式中:T 、T0 —分别为半径为r 的小晶体和大晶体的熔化温度; ?vs—晶体表面张力;ΔH—熔化热; 结论:微小晶粒熔化温度降低。 * 综上所述:表面曲率对其蒸气压、溶解度和熔化温度等物理性质有着重要的影响。 固体颗粒愈小,表面曲率愈大,则蒸气压和溶解度增高,而熔化温度降低。 弯曲表面的这些效应在以微细粉体作原料的材料加工中,无疑将会影响一系列工艺过程和最终产品的性能。 * 工艺意义—— 喷雾干燥法 对于液体:液滴呈凸面,r 0,则pr*p* ;且r↓, pr*↑,意味着其蒸发速率越快。陶瓷工业中利用这一原理,开发出喷雾干燥法技术,用于将泥浆制成干粉料。 普通方法:需经榨泥、烘干、打粉等多道复杂工序; 喷雾干燥法:只需用压缩泵将泥浆喷散成雾状,呈极小液滴,r 很小,故其表面水分的饱和蒸汽压很大,水分迅速蒸发,即能快速得到干粉料。 * 物 质 表面张力 (mN/m) 曲率半径 (μm) 压力差 (MPa) 石英玻璃 300 0.1 12.3 1.0 1.23 10.0 0.123 液态钴 (1550℃) 1935 0.1 7.80 1.0 0.78 10.0 0.078 水(15℃) 72 0.1 2.94 1.0 0.294 10.0 0.0294 固体Al2O3 (1850℃) 905 0.1 7.4 1.0 0.74 10.0 0.074 硅酸盐熔体 300 100 0.006 弯曲表面的压力差 * 工艺意义——粉体烧结的气相传质 对于固体:固体升华过程与液体蒸发过程相类似。表面曲率1μm时,由曲率半径差异引起的压差已十分显著,在高温下足以使微细粉体表面上出现由凸面蒸发向凹面凝聚的气相传质过程——粉体烧结传质的一种方法。 * 工艺意义——泥料可塑性及烧结收缩 由于毛细管半径很小,则由于表面张力引起的毛细管引力可达几十kg/cm2压力,造成陶瓷泥料可塑性,并推动陶瓷坯体烧结过程进行和形成收缩。 毛细管引力与曲面半径成反比而与表面张力成正比。 * * 1.5.6 亚稳状态 亚稳状态: 热力学不完全稳定的状态。按照相平衡条件应当相变的物质, 由于初始新相体积极小,具有很大的比表面积和表面吉布斯函数而难以形成,系统仍以原相存在, 处于亚稳状态。 * * 按相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸气。原因是蒸气不能变成化学势更高的微小液滴。 过饱和蒸气的压力超过了相应温度下通常体积液体的饱和蒸气压, 但仍小于该液体微小液滴的饱和蒸气压(见图示). p 过饱和蒸气的产生 g T 引入凝结中心可使液滴核心易于生成, 减轻过饱和程度(如人工增雨). (1)过饱和蒸气 * * (2) 过热液体 在表面光洁的容器中加热纯净的液体,当温度升至液体的沸点时,由于液体内生成的微小气泡曲率半径很小,在凹液面上的附加压力使气泡难以生成,只有继续加热液体,使其蒸汽压大到和外界压力相等时,液体才会沸腾。这种温度高于沸点但仍不沸腾的液体称作过热液体。 过热水的产生 373.15K p(大气) h=0.02m 在液体中加入少量素烧瓷片或毛细管等物质可大大降低过热的程度. * * (3) 过冷液体 p 过冷液体的产生 气相区 Tf T?f 按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体.原因是新生相微粒具有高表面吉布斯能(高的饱和蒸气压)而不能在正常凝固温度下生成。 在过冷液体中投入小晶体作为新相的种子, 剧烈搅拌或用玻棒摩擦器壁可以破坏过冷状态,使液体迅速凝固。 * * (4)过饱和溶液: 与微小液滴一样, 微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体。蒸气压与溶解度有密切的关系
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