表面和界面-无机材料物理化学.ppt

2005年8月 刘和义 南京理工大学材料系 2005年8月 陶瓷原理 2005年8月 刘和义 南京理工大学材料系 第四章 界面与胶体化学原理 4.1.1 固体表面的特征 4.1 固体表面 4.1.2 固体表面力场 4.1.3 粉体表面结构 4.1.4 玻璃表面结构 4.1.5 固体表面的几何结构 4.1.6 实际表面的结构 4.1.7 固体的表面能 1. 共价晶体表面能的近似计算： 2.离子晶体表面能的近似计算： 4.2 固体界面行为 4.2.1 弯曲表面的附加压力 4.2.2 固液界面的润湿行为 4.2.3 黏附（粘附） 4.2.4 表面改性和表面活性剂 4.3 晶界 4.3.1 晶界结构与分类 4.3.2 多晶体的组织(晶界织构) 4.3.3 晶界应力 4.4 粘土-水浆体的胶体化学性质 注浆成型——粘土浆体具有流动性、悬浮稳定性、触变性。 4.4.1 粘土-水浆体系统特点概述 4.4 粘土-水浆体的胶体化学性质 4.4.2 粘土-水系统电动性质 4.4.3 粘土-水系统胶体性质 4.4.4 瘠性料的悬浮与塑化 阳离子交换容量: pH=7时，100g干粘土吸附离子的物质的量。 如前所述，粘土颗粒表面可以通过氢键吸附多层水分子，同时表面负电荷又吸附水化阳离子，从而构成粘土胶团。 带电的粘土胶体分散在水中时，在胶体颗粒与液相的界面上会有扩散双电层出现。 在电场或其他力场作用下，吸附层和扩散层会发生相反方向的剪切运动，称为电动性质。 吸附层：粘土质点与一部分吸附牢固的水化阳离子随粘土质点向正极移动(AB之间)，带负电。 扩散层：另一部分水化阳离子不随粘土质点移动，却向负极移动(BC之间) ，带正电。 吸附层 扩散层 吸附层与扩散层之间的电位差称为电动电位，或 ?-电位。 粘土质点与扩散层间电位差称为热力学电位差(E)。 **粘土胶粒的?-电位一般在 -50mV 以上。 粘土的?-电位的数值越大，粘土胶粒之间的排斥力越大，越容易实现胶溶。 ?-电位的影响因素： ①阳离子浓度 阳离子浓度越高，扩散层越薄， ?-电位越低，直至为0。 ②阳离子电价 ?-电位M+M2+M3+，同价离子半径越大， ?-电位越低。 ③与粘土表面的电荷密度σ、双电层厚度d成正比，与介电常数D成反比。 粘土表面腐殖质增加了板面负电荷密度，故使?-电位增大。 泥浆的流动性是指泥浆含水量低、粘度小而流动度大的性质。流动度=1/η 泥浆的稳定性是指泥浆不随时间变化而聚沉，长时间保持初始的流动度。 (1) 泥浆的流动性和稳定性 流动性、稳定性、触变性、可塑性。 泥浆加入减水剂后的流变曲线和泥浆稀释曲线 在陶瓷注浆成型过程中，希望获得含水量低、流动性好、稳定性好的泥浆，为此需加入适量稀释剂(或减水剂)，如纯碱、水玻璃、纸浆废液、木质素磺酸钠等。 要制备流动性好的泥浆，必须拆开原来的聚集结构。由于片状粘土的板面始终带负电，而边面随pH值变化既能带正电又能带负电。因此，会有以下几种结合方式： 显然，只有面-面排列能使泥浆粘度降低，而边-面或边-边结合方式会使流动阻力增加，屈服值升高。 从拆开泥浆结构考虑，泥浆胶溶必须具备以下条件： 泥浆的胶溶过程实际上是拆开原来的内部结构，使边-面或边-边结合转变为面-面排列的过程。这种转变愈彻底，粘度降低愈显著。 ①介质成碱性。使边棱也带负电。 ②必须由一价碱金属阳离子Na+交换原来吸附的高价阳离子Ca2+、Mg2+。提高?-电位，增大胶粒排斥。 ③合适的阴离子。与Ca2+Mg2+形成不溶物或稳定化合物，帮助Na+交换Ca2+Mg2+（NaOH、Na2SiO3）； 或合适的聚合阴离子，吸附在边棱上，中和正电荷（丹宁酸钠盐、木质素磺酸钠、聚丙烯酸酯、芳香醛磷酸盐）。 触变性就是泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性。如再静止又重新凝固。 (2) 泥浆的触变性 注浆成型时，要求泥浆的触变性应适中。 原理：形成了“纸牌结构”或“卡片结构”。 不完全胶溶的粘土片状颗粒边面还带有少量正电荷，边-面结合造成疏松而不活动的空间架构。 该结构不稳定，稍加应力即可破坏，释放出包裹的自由水，恢复流动性。 (3) 粘土的膨胀性 膨胀性是与触变性相反的现象。当搅拌时，泥浆变稠而凝固，而静止后又恢复流动。 产生原因是由于原来结构为面-面平行排列，受扰动后平行取向被破坏，部分形成架状结构，因而出现泥浆粘度增大甚至凝固现象。 可塑性是指在外力作用下，可塑造成各种形状，并保持这形状而不失去颗粒之间联系的性能。 也就是说既能可塑变形又能保持变形后的形状。 (4) 粘土的可塑性 泥料可塑性的产生机理，认识尚不统一。 干泥料只有弹性，颗粒间仅存在弱的表面力，稍有外力即使泥料开裂。 泥料要有可塑性，须满足