第四章-表面與界面

1、15:58741表面：表面：指一個(gè)相和它本身蒸氣（或真空）相接觸的分界面。指一個(gè)相和它本身蒸氣（或真空）相接觸的分界面。界面：界面：指一個(gè)相和另一個(gè)結(jié)構(gòu)不同的相接觸時(shí)的分界面。指一個(gè)相和另一個(gè)結(jié)構(gòu)不同的相接觸時(shí)的分界面。一、固體表面的特征一、固體表面的特征1、固體表面的不均一性、固體表面的不均一性 理想晶體：各向異性，具有許多性能不同的表面。理想晶體：各向異性，具有許多性能不同的表面。 實(shí)際晶體：表面不均一性，實(shí)際晶體：表面不均一性， 原因：原因： 制備或加工條件導(dǎo)致制備或加工條件導(dǎo)致表面存在著晶格缺陷；表面存在著晶格缺陷；表面吸附等。表面吸附等。15:58742 固體表面與表面附近的分子或原

2、子之間的作用力（長(zhǎng)程力）：固體表面與表面附近的分子或原子之間的作用力（長(zhǎng)程力）： 1、范德華力、范德華力 （1）定向力（靜電力）：極性分子（離子）之間的作用力）定向力（靜電力）：極性分子（離子）之間的作用力 （2）誘導(dǎo)力：極性分子與非極性分子間的作用力）誘導(dǎo)力：極性分子與非極性分子間的作用力 （3）色散力：非極性分子之間的作用力）色散力：非極性分子之間的作用力76432rfKTrEKK，762/2rfrEDD，760243rfrhvELL，二二. 固體表面力場(chǎng)固體表面力場(chǎng) 表面質(zhì)點(diǎn)的處境與內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不同，其力場(chǎng)的對(duì)稱性被破表面質(zhì)點(diǎn)的處境與內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不同，其力場(chǎng)的對(duì)稱性被破壞，表現(xiàn)出的剩余鍵力。壞，

3、表現(xiàn)出的剩余鍵力。15:587432、長(zhǎng)程力、長(zhǎng)程力 兩相間的分子引力，是宏觀尺寸物質(zhì)之間相互作用力，作兩相間的分子引力，是宏觀尺寸物質(zhì)之間相互作用力，作用范圍較通常的范氏力大得多，所以叫長(zhǎng)程力。用范圍較通常的范氏力大得多，所以叫長(zhǎng)程力。 長(zhǎng)程力是通過某種方式加合和傳播產(chǎn)生的，本質(zhì)上仍屬范氏長(zhǎng)程力是通過某種方式加合和傳播產(chǎn)生的，本質(zhì)上仍屬范氏力。力。 依靠粒子間的電場(chǎng)傳播，如色散力，可以簡(jiǎn)單加和；依靠粒子間的電場(chǎng)傳播，如色散力，可以簡(jiǎn)單加和； 通過一個(gè)分子到另一個(gè)分子逐個(gè)傳播達(dá)到長(zhǎng)的距離，如通過一個(gè)分子到另一個(gè)分子逐個(gè)傳播達(dá)到長(zhǎng)的距離，如誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)力。15:58744二、固體表面結(jié)構(gòu)二、固體

4、表面結(jié)構(gòu)1 、晶體表面結(jié)構(gòu)、晶體表面結(jié)構(gòu) 微觀（原子尺度的超細(xì)結(jié)構(gòu)）和宏觀（表面幾何狀態(tài)）微觀（原子尺度的超細(xì)結(jié)構(gòu)）和宏觀（表面幾何狀態(tài)）（1）晶體表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)（離子晶體）晶體表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)（離子晶體） 實(shí)際表面：表面力。液體會(huì)通過形成球形來縮小表面積，實(shí)際表面：表面力。液體會(huì)通過形成球形來縮小表面積，降低表面能；晶體的質(zhì)點(diǎn)不能自由移動(dòng)，只能借助離子極化、降低表面能；晶體的質(zhì)點(diǎn)不能自由移動(dòng)，只能借助離子極化、變形、重排并引起晶格畸變來降低表面能。變形、重排并引起晶格畸變來降低表面能。 維爾威（維爾威（Verwey）晶體表面結(jié)構(gòu)學(xué)說）晶體表面結(jié)構(gòu)學(xué)說: 新形成的理想表面新形成的理想表面由于周期

5、性重復(fù)排列中斷而具有很高的表面能，體系不穩(wěn)定，由于周期性重復(fù)排列中斷而具有很高的表面能，體系不穩(wěn)定，通過自發(fā)地變化，來降低能量而趨于穩(wěn)定。通過自發(fā)地變化，來降低能量而趨于穩(wěn)定。 變化過程：變化過程：松弛（松弛（極化變形，降低表面能）和極化變形，降低表面能）和重建（重建（離子離子重排，進(jìn)一步降低表面能）。重排，進(jìn)一步降低表面能）。15:58745 表面離子重排結(jié)果：表面離子重排結(jié)果： 正離子的配位數(shù)下降，正離子的配位數(shù)下降，6 5； 表面形成厚度為表面形成厚度為0.02nm的雙電層；的雙電層； 晶體表面好象被一層負(fù)離子所屏蔽。晶體表面好象被一層負(fù)離子所屏蔽。15:58746 表面能下降是通過極化

6、變形、質(zhì)點(diǎn)重排實(shí)現(xiàn)。離子的極化率表面能下降是通過極化變形、質(zhì)點(diǎn)重排實(shí)現(xiàn)。離子的極化率愈大，變形愈大，表面能下降愈多。變化程度主要取決于愈大，變形愈大，表面能下降愈多。變化程度主要取決于離子離子極化性能極化性能。15:58747表面效應(yīng)表面效應(yīng)：最外層的雙電層對(duì)次內(nèi)層發(fā)生作用，并引起內(nèi)層離：最外層的雙電層對(duì)次內(nèi)層發(fā)生作用，并引起內(nèi)層離子的極化與重排，這種作用隨著向晶體內(nèi)部推移而衰減。作用子的極化與重排，這種作用隨著向晶體內(nèi)部推移而衰減。作用深度與陰、陽(yáng)離子的半徑差有關(guān)。深度與陰、陽(yáng)離子的半徑差有關(guān)。粉體粉體：形成許多新表面，而表面層離子的極化變形和重排使表：形成許多新表面，而表面層離子的極化變形

7、和重排使表面晶格畸變，有序性降低。當(dāng)細(xì)化到一定程度時(shí)，使表面無定面晶格畸變，有序性降低。當(dāng)細(xì)化到一定程度時(shí)，使表面無定形化，不僅增加了粉體活性，而且由于雙電層使表面荷電而容形化，不僅增加了粉體活性，而且由于雙電層使表面荷電而容易引起磨細(xì)的粉體又重新團(tuán)聚。易引起磨細(xì)的粉體又重新團(tuán)聚。既要提高微細(xì)粉體表面活性又既要提高微細(xì)粉體表面活性又要防止粉體團(tuán)聚成為與表面化學(xué)和物理有關(guān)的研究課題要防止粉體團(tuán)聚成為與表面化學(xué)和物理有關(guān)的研究課題。15:58748（2）晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)）晶體表面的幾何結(jié)構(gòu) 各晶面上的原子密度不同（各晶面上的原子密度不同（P110圖圖4-3） 不同結(jié)晶面上吸附性、晶體生長(zhǎng)、溶解度

8、及反應(yīng)活性不同。不同結(jié)晶面上吸附性、晶體生長(zhǎng)、溶解度及反應(yīng)活性不同。 l l 表面粗糙度表面粗糙度 固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的. 即使完整解理的云母即使完整解理的云母表面也存在著表面也存在著2100nm，甚至，甚至200nm的臺(tái)階。的臺(tái)階。 表面粗糙度會(huì)引起表面力場(chǎng)的變化（色散力和靜電力），表面粗糙度會(huì)引起表面力場(chǎng)的變化（色散力和靜電力），表面力場(chǎng)不均勻；固體的比表面積，內(nèi)、外表面積比值以及表面力場(chǎng)不均勻；固體的比表面積，內(nèi)、外表面積比值以及與之相關(guān)的屬性，如強(qiáng)度、密度、潤(rùn)濕、孔隙率、透氣性等；與之相關(guān)的屬性，如強(qiáng)度、密度、潤(rùn)濕、孔隙率、透氣性等；材料連接時(shí)的

9、嚙合與結(jié)合強(qiáng)度。材料連接時(shí)的嚙合與結(jié)合強(qiáng)度。15:58749 表面微裂紋表面微裂紋 微裂紋會(huì)使應(yīng)力集中，起著應(yīng)力倍增器的作用，對(duì)材料強(qiáng)微裂紋會(huì)使應(yīng)力集中，起著應(yīng)力倍增器的作用，對(duì)材料強(qiáng)度影響顯著。度影響顯著。 葛里菲斯（葛里菲斯（Griffith）材料斷裂應(yīng)力與微裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系式：）材料斷裂應(yīng)力與微裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系式： 高強(qiáng)度材料，彈性模量和表面能大，高強(qiáng)度材料，彈性模量和表面能大， 微裂紋尺寸應(yīng)小。微裂紋尺寸應(yīng)小。 固體表面的各種性質(zhì)不是其內(nèi)部性質(zhì)的延續(xù)。由于表面吸固體表面的各種性質(zhì)不是其內(nèi)部性質(zhì)的延續(xù)。由于表面吸附，內(nèi)外性質(zhì)相差很大。附，內(nèi)外性質(zhì)相差很大。Fe2O3/Fe3O4/Fe、SiC

10、和和Si3N4、Al2O3-OH。15:587410三、固體表面能三、固體表面能 表面能：每增加單位表面積，體系自由能的增加量。表面能：每增加單位表面積，體系自由能的增加量。 表面張力：擴(kuò)張表面單位長(zhǎng)度所需要的力。表面張力：擴(kuò)張表面單位長(zhǎng)度所需要的力。 單位面積上的能量和單位長(zhǎng)度上的力是等因次的，單位面積上的能量和單位長(zhǎng)度上的力是等因次的， 液體的表面能和表面張力在數(shù)值上是相等的；固體的表液體的表面能和表面張力在數(shù)值上是相等的；固體的表面能和表面張力在數(shù)值上往往是不相等的。面能和表面張力在數(shù)值上往往是不相等的。 mNmmNmJ22/1、共價(jià)晶體表面能、共價(jià)晶體表面能 共價(jià)鍵不必考慮長(zhǎng)程力的作用

11、，表面能大小等于破壞單位面共價(jià)鍵不必考慮長(zhǎng)程力的作用，表面能大小等于破壞單位面積上全部鍵所需能量的一半：積上全部鍵所需能量的一半：bsUU2/115:587411設(shè)：設(shè)： 第第i i個(gè)原子處在晶體內(nèi)部時(shí)與鄰近原子的作用能為：個(gè)原子處在晶體內(nèi)部時(shí)與鄰近原子的作用能為：u uibib 第第i i個(gè)原子處在晶體表面時(shí)與鄰近原子的作用能為：個(gè)原子處在晶體表面時(shí)與鄰近原子的作用能為：u uisis 第第i i個(gè)原子在晶體內(nèi)部時(shí)的配位數(shù)為：個(gè)原子在晶體內(nèi)部時(shí)的配位數(shù)為：n nibib 第第i i個(gè)原子在晶體表面時(shí)的配位數(shù)為：個(gè)原子在晶體表面時(shí)的配位數(shù)為：n nisis則則 從晶體內(nèi)部取走一個(gè)原子所需作的功

12、為：從晶體內(nèi)部取走一個(gè)原子所需作的功為：u uibibn nibib/2/2 在晶體表面在晶體表面取走一個(gè)原子所需作的功為：取走一個(gè)原子所需作的功為：u uisisn nisis/2/22nU2nUnnUUisisibibisibisib設(shè)2、離子晶體表面能、離子晶體表面能 以真空中、以真空中、0K下，一個(gè)原子由晶體內(nèi)部遷移到晶體表面為例。下，一個(gè)原子由晶體內(nèi)部遷移到晶體表面為例。 設(shè)：一個(gè)原子在晶體表面和內(nèi)部的能量差為：設(shè)：一個(gè)原子在晶體表面和內(nèi)部的能量差為：(U)S,V 單位表面面積上的原子數(shù)為：?jiǎn)挝槐砻婷娣e上的原子數(shù)為：LS 則在則在0K時(shí)，固體表面能為：時(shí)，固體表面能為：ssv0L)U

13、(15:587412注意：用上述公式計(jì)算的結(jié)果往往與實(shí)際測(cè)定結(jié)果不一致：注意：用上述公式計(jì)算的結(jié)果往往與實(shí)際測(cè)定結(jié)果不一致： 表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，表面的原子數(shù)減少（松弛和重表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，表面的原子數(shù)減少（松弛和重建），這會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比計(jì)算值降低；建），這會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比計(jì)算值降低； 實(shí)際表面凹凸不平，要比理想表面的面積大，使實(shí)際值實(shí)際表面凹凸不平，要比理想表面的面積大，使實(shí)際值比計(jì)算值增加。比計(jì)算值增加。 )nn1 (NLUL)U(ibiss0ssb0K 固體、液體表面能還受溫度、壓力、第二相接觸物等環(huán)境固體、液體表面能還受溫度、壓力、第二相接觸物等環(huán)境的影響。（的影響。（P112，表，表

14、4-4）)nn1 (NU)nn1 (2nU2nU2nUU)(ibis0ibisibibisisibibsb第第i個(gè)原子在晶體表面與內(nèi)部的能量差：個(gè)原子在晶體表面與內(nèi)部的能量差：15:5874134-2 界面行為界面行為一、彎曲表面效應(yīng)一、彎曲表面效應(yīng) 由于表面張力作用，彎曲表面存在一個(gè)附加壓力由于表面張力作用，彎曲表面存在一個(gè)附加壓力P。15:587414 附加壓力：附加壓力： P=2/R 與表面張力成正比，與彎曲表面曲率半徑成反比。與表面張力成正比，與彎曲表面曲率半徑成反比。舉例：將玻璃毛細(xì)管分別插入水和水銀中舉例：將玻璃毛細(xì)管分別插入水和水銀中15:587415 彎曲表面的蒸氣壓與曲率半徑

15、的關(guān)系的開爾文公式：彎曲表面的蒸氣壓與曲率半徑的關(guān)系的開爾文公式： 凸表面蒸氣壓凸表面蒸氣壓 平表面蒸氣壓平表面蒸氣壓 凹表面蒸氣壓凹表面蒸氣壓 當(dāng)當(dāng)r很小時(shí)，很小時(shí)，P稱為毛細(xì)管力。稱為毛細(xì)管力。 也可用開爾文公式表示固體溶解度：也可用開爾文公式表示固體溶解度： C-特殊晶粒的溶解度，特殊晶粒的溶解度，C0-普通晶粒的溶解度，普通晶粒的溶解度，sl-固、液界固、液界面能，面能，M-分子量，分子量，r-特殊晶粒的半徑，特殊晶粒的半徑，d固體密度。固體密度。r1dRTM2CClnSL0r1RT2MPPln0平平 面面 r lnP/P0=0 P=P0凸平面凸平面 r0 lnP/P00 PP0凹平面

16、凹平面 r0 lnP/P00 PP015:587416二、潤(rùn)濕二、潤(rùn)濕 潤(rùn)濕是固、液界面行為。潤(rùn)濕是固、液界面行為。 熱力學(xué)定義：熱力學(xué)定義：固體與液體接觸后，體系的自由焓降低時(shí)，固體與液體接觸后，體系的自由焓降低時(shí)，就稱潤(rùn)濕。就稱潤(rùn)濕。1、潤(rùn)濕根據(jù)程度不同分類、潤(rùn)濕根據(jù)程度不同分類附著潤(rùn)濕附著潤(rùn)濕鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇窠n潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕15:587417 附著潤(rùn)濕附著潤(rùn)濕 指固體與液體接觸后，液指固體與液體接觸后，液-氣界面、固氣界面、固-氣界面變成為固氣界面變成為固-液界面。液界面。 此時(shí)系統(tǒng)自由焓變化：此時(shí)系統(tǒng)自由焓變化： )(Glvsvsl115:587418l l 鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇? 液體滴

17、落在固體表面，可能出現(xiàn)三種情況：液體滴落在固體表面，可能出現(xiàn)三種情況：svsllvsvsllv=0完全潤(rùn)濕完全潤(rùn)濕90不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕LVSLSVLVSLSVcoscos不計(jì)液體重力和粘度：不計(jì)液體重力和粘度：15:587419可以看出：可以看出： 當(dāng)當(dāng)sv-sl0 時(shí)，時(shí)，cos0 ，90，潤(rùn)濕；潤(rùn)濕； 當(dāng)當(dāng)sv-sl0 時(shí)，時(shí)，cos90，不潤(rùn)濕。不潤(rùn)濕。 F=sv-sl 叫潤(rùn)濕張力。叫潤(rùn)濕張力。 F愈大，愈容易潤(rùn)濕。愈大，愈容易潤(rùn)濕。 sv sl是濕潤(rùn)的先決條件。（是濕潤(rùn)的先決條件。（如何應(yīng)用？如何應(yīng)用？） 當(dāng)固、液兩相組成和性能相近時(shí)，當(dāng)固、液兩相組成和性能相近時(shí)，sl較小。所以硅酸鹽熔較

18、小。所以硅酸鹽熔體在氧化物表面容易潤(rùn)濕，金屬熔體在氧化物固體表面不容易體在氧化物表面容易潤(rùn)濕，金屬熔體在氧化物固體表面不容易潤(rùn)濕。潤(rùn)濕。15:587420 浸漬潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕 固體浸入液體中，固氣界面被固液界面所替代。固體浸入液體中，固氣界面被固液界面所替代。 系統(tǒng)自由焓變化：系統(tǒng)自由焓變化： G=sl - sv -G=sv sl=lvcos 所以所以svsl時(shí)，浸漬潤(rùn)濕能自發(fā)進(jìn)行。時(shí)，浸漬潤(rùn)濕能自發(fā)進(jìn)行。15:587421 三種潤(rùn)濕的共同特點(diǎn)：三種潤(rùn)濕的共同特點(diǎn)： 液體將氣體從固體表面排開，使原有的固液體將氣體從固體表面排開，使原有的固-氣界面（或液氣界面（或液-氣氣界面）變成固界面）變成固-

19、液界面，從而使系統(tǒng)的自由焓下降。鋪展是濕潤(rùn)液界面，從而使系統(tǒng)的自由焓下降。鋪展是濕潤(rùn)的最高標(biāo)準(zhǔn)。的最高標(biāo)準(zhǔn)。 潤(rùn)濕現(xiàn)象的應(yīng)用潤(rùn)濕現(xiàn)象的應(yīng)用 需要潤(rùn)濕：需要潤(rùn)濕：如用錫焊東西時(shí)，希望焊錫能鋪展。如用錫焊東西時(shí)，希望焊錫能鋪展。 不需要潤(rùn)濕：不需要潤(rùn)濕：如雨傘、防水涂層等。如雨傘、防水涂層等。15:5874222、影響潤(rùn)濕的因素、影響潤(rùn)濕的因素 固、液成分和結(jié)構(gòu)的影響固、液成分和結(jié)構(gòu)的影響15:587423平整表面的情況：平整表面的情況： 將液體邊緣由點(diǎn)擴(kuò)展到點(diǎn)，液將液體邊緣由點(diǎn)擴(kuò)展到點(diǎn)，液-固界面面積增加固界面面積增加s，氣，氣-固界面面積減少固界面面積減少s，液，液-氣界面面積增加氣界面面積增

20、加scos，平衡時(shí)，平衡時(shí)，SABCcosSlvslsvslvsslsvsvslvslss/ )( /)(cos 0cos15:587424實(shí)際表面是粗糙表面實(shí)際表面是粗糙表面 ： 粗糙度系數(shù)粗糙度系數(shù)n = 真正表面積真正表面積/表觀表面積表觀表面積 假設(shè)液面假設(shè)液面A，則，則 液液固界面面積增加固界面面積增加ns, 固固氣界面面積減少氣界面面積減少ns, 液液氣界面面積增加氣界面面積增加 scosn 達(dá)到平衡時(shí)：達(dá)到平衡時(shí)：ncos/cosncos / )n( ./n)(cos0ncosnnlvslsvslvsslsvnsvslvnssls15:587425討論：討論： n總大于，總大于，

21、 當(dāng)當(dāng) 1，cosn必須大于必須大于cos，則，則n 時(shí)，時(shí)， cos 為負(fù)值，要保持為負(fù)值，要保持n 1，cosn要為負(fù)值，要為負(fù)值，且且cosn cos，則會(huì)有，則會(huì)有n 。 也就是說：也就是說： 當(dāng)當(dāng) 不能潤(rùn)濕時(shí)，表面粗糙度不利于潤(rùn)濕。不能潤(rùn)濕時(shí)，表面粗糙度不利于潤(rùn)濕。215:587426 粗超度應(yīng)用：粗超度應(yīng)用： 混凝土與水泥接觸，為了增加粗糙度，要在已硬化的混凝混凝土與水泥接觸，為了增加粗糙度，要在已硬化的混凝土上鑿坑。土上鑿坑。 焊接時(shí)為增加表面粗糙度和去掉表面吸附層，要用銼刀挫焊接時(shí)為增加表面粗糙度和去掉表面吸附層，要用銼刀挫舊表面。舊表面。 在陶瓷表面被銀時(shí)，因?yàn)樗鼈冎g不潤(rùn)濕

22、，所以要磨平、在陶瓷表面被銀時(shí)，因?yàn)樗鼈冎g不潤(rùn)濕，所以要磨平、拋光。拋光。15:587427固、液成分和結(jié)構(gòu)的影響固、液成分和結(jié)構(gòu)的影響 潤(rùn)濕先決條件：潤(rùn)濕先決條件： sv、sl、lv的大小都影響潤(rùn)濕。當(dāng)固體一定時(shí)，的大小都影響潤(rùn)濕。當(dāng)固體一定時(shí)，sv不易改不易改變，一般改變變，一般改變sl。當(dāng)固、液成分相似、性能接近時(shí)，。當(dāng)固、液成分相似、性能接近時(shí)，sl就小，就小，容易潤(rùn)濕。容易潤(rùn)濕。0cosLVSLSV15:587428四、吸附與表面改性四、吸附與表面改性 一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一種物質(zhì)表面的現(xiàn)象。一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一種物質(zhì)表面的現(xiàn)象。 新鮮表面：容易發(fā)生吸附，在表面形

23、成吸附膜。新鮮表面：容易發(fā)生吸附，在表面形成吸附膜。 原因：新鮮表面質(zhì)點(diǎn)排列中斷后，質(zhì)點(diǎn)受力不平衡，存在原因：新鮮表面質(zhì)點(diǎn)排列中斷后，質(zhì)點(diǎn)受力不平衡，存在著較強(qiáng)的表面力場(chǎng)。著較強(qiáng)的表面力場(chǎng)。吸附膜的影響吸附膜的影響 通常表面吸附膜會(huì)使接觸角增大，阻礙液體鋪展，使?jié)櫇裢ǔ１砻嫖侥?huì)使接觸角增大，阻礙液體鋪展，使?jié)櫇裥阅芟陆?。性能下降?；瘜W(xué)吸附化學(xué)吸附物理吸附物理吸附吸附吸附15:587429吸附的應(yīng)用吸附的應(yīng)用(1)作吸附劑作吸附劑 某些物質(zhì)特有的吸附性能。如：硅膠、活性炭、分子篩吸某些物質(zhì)特有的吸附性能。如：硅膠、活性炭、分子篩吸附劑等。附劑等。(2) 進(jìn)行表面改性進(jìn)行表面改性 表面改性是指

24、利用表面吸附特性，通過各種表面處理，改表面改性是指利用表面吸附特性，通過各種表面處理，改變固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。變固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。 表面活性物質(zhì)（表面活性劑）：兩個(gè)基團(tuán)（官能團(tuán)）：一表面活性物質(zhì)（表面活性劑）：兩個(gè)基團(tuán)（官能團(tuán)）：一端是親水的極性基團(tuán)端是親水的極性基團(tuán)-OH、-COOH、-SO3Na等；另一端是憎水等；另一端是憎水（親油）的非極性基團(tuán)。（親油）的非極性基團(tuán)。憎水基憎水基烴鏈、碳?xì)浠鶊F(tuán)烴鏈、碳?xì)浠鶊F(tuán)親水基親水基羥基、羧基等羥基、羧基等CaTiO315:587430 表面改性技術(shù)應(yīng)用：表面改性技術(shù)應(yīng)用： 玻璃鋼玻璃鋼是玻璃纖維（無機(jī)物）

25、與樹脂（有機(jī)物）復(fù)合，必須是玻璃纖維（無機(jī)物）與樹脂（有機(jī)物）復(fù)合，必須進(jìn)行表面改性才能牢固結(jié)合。進(jìn)行表面改性才能牢固結(jié)合。 氧化鋁瓷氧化鋁瓷成型時(shí)要用石蠟作定型劑，氧化鋁粉是親水的，石成型時(shí)要用石蠟作定型劑，氧化鋁粉是親水的，石蠟是親油的，生產(chǎn)中一般是加入油酸來使氧化鋁表面變成親油的。蠟是親油的，生產(chǎn)中一般是加入油酸來使氧化鋁表面變成親油的。 混凝土混凝土中加入減水劑可以減少加水量，增加和易性，提高混中加入減水劑可以減少加水量，增加和易性，提高混凝土的力學(xué)性能。減水劑是表面活性劑，在水泥顆粒表面定向吸凝土的力學(xué)性能。減水劑是表面活性劑，在水泥顆粒表面定向吸附，使水泥顆粒表面帶同種電荷，相互排

26、斥，釋放出自由水。附，使水泥顆粒表面帶同種電荷，相互排斥，釋放出自由水。15:587431 4-3 晶界晶界晶界特點(diǎn)晶界特點(diǎn): (1)質(zhì)點(diǎn)排列偏離了理想點(diǎn)陣，屬于面缺陷。質(zhì)點(diǎn)排列偏離了理想點(diǎn)陣，屬于面缺陷。 (2)由于能量高，容易富集雜質(zhì)，使晶界處熔點(diǎn)低于晶粒。由于能量高，容易富集雜質(zhì)，使晶界處熔點(diǎn)低于晶粒。 (3)質(zhì)點(diǎn)容易遷移，是擴(kuò)散的快速通道。質(zhì)點(diǎn)容易遷移，是擴(kuò)散的快速通道。 (4)晶界是固態(tài)相變時(shí)的優(yōu)先成核區(qū)域。晶界是固態(tài)相變時(shí)的優(yōu)先成核區(qū)域。 (5)晶界結(jié)構(gòu)疏松，容易受腐蝕（熱腐蝕、化學(xué)腐蝕等）。晶界結(jié)構(gòu)疏松，容易受腐蝕（熱腐蝕、化學(xué)腐蝕等）。 晶界：結(jié)構(gòu)相同而取向不同的兩個(gè)晶粒之間的

27、界面。晶界：結(jié)構(gòu)相同而取向不同的兩個(gè)晶粒之間的界面。 兩個(gè)取向不同的晶粒表面都有剩余鍵力，都要拉界面處兩個(gè)取向不同的晶粒表面都有剩余鍵力，都要拉界面處質(zhì)點(diǎn)按自己的排列取向進(jìn)行排列。這樣就使界面處質(zhì)點(diǎn)排列質(zhì)點(diǎn)按自己的排列取向進(jìn)行排列。這樣就使界面處質(zhì)點(diǎn)排列處于一種過渡狀態(tài)，偏離了理想點(diǎn)陣。處于一種過渡狀態(tài)，偏離了理想點(diǎn)陣。15:587432晶界的結(jié)構(gòu)與分類晶界的結(jié)構(gòu)與分類1. 按取向不同的兩晶粒間的夾角分：按取向不同的兩晶粒間的夾角分： 小角度晶界：小角度晶界：23 結(jié)構(gòu)可用刃型位錯(cuò)模型表示結(jié)構(gòu)可用刃型位錯(cuò)模型表示 大角度晶界：大角度晶界：傾斜角較大，晶界處質(zhì)點(diǎn)排列無序傾斜角較大，晶界處質(zhì)點(diǎn)排列

28、無序 結(jié)構(gòu)可用過冷液體模型表示結(jié)構(gòu)可用過冷液體模型表示 晶界結(jié)構(gòu)對(duì)多晶材料性能（聲、光、電、熱、磁）和材料晶界結(jié)構(gòu)對(duì)多晶材料性能（聲、光、電、熱、磁）和材料的擴(kuò)散、燒結(jié)等過程有明顯的影響。的擴(kuò)散、燒結(jié)等過程有明顯的影響。15:5874332. 按晶界兩側(cè)原子排列的連貫性分：按晶界兩側(cè)原子排列的連貫性分： 共格晶界共格晶界 半共格晶界半共格晶界 非共格晶界非共格晶界 共格晶界：界面兩側(cè)的晶體具有相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越共格晶界：界面兩側(cè)的晶體具有相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越過界面的原子面是連續(xù)的，界面的原子為兩側(cè)晶體所共用，這種過界面的原子面是連續(xù)的，界面的原子為兩側(cè)晶體所共用，這種晶界為共格晶

29、界。晶界為共格晶界。理想共格晶界理想共格晶界15:587434 由于兩晶面的晶面間距不同，為保持晶面連續(xù)，必然產(chǎn)由于兩晶面的晶面間距不同，為保持晶面連續(xù)，必然產(chǎn)生彈性應(yīng)變。失配度是產(chǎn)生彈性應(yīng)變的量度，用生彈性應(yīng)變。失配度是產(chǎn)生彈性應(yīng)變的量度，用表示：表示： () 式中式中和和分別為兩晶面的晶面間距。分別為兩晶面的晶面間距。 具有應(yīng)變的共格晶界具有應(yīng)變的共格晶界OHMgOOHMg22)( 和和相差愈大，相差愈大，愈大，彈性應(yīng)變能愈大。彈性應(yīng)變愈大，彈性應(yīng)變能愈大。彈性應(yīng)變能大到一定程度，將通過引入位錯(cuò)（半個(gè)原子面）降低能量，能大到一定程度，將通過引入位錯(cuò)（半個(gè)原子面）降低能量，即形成半共格晶界。

30、即形成半共格晶界。15:587435 半共格晶界：界面上分布著若干個(gè)位錯(cuò)及相當(dāng)于小角度晶界半共格晶界：界面上分布著若干個(gè)位錯(cuò)及相當(dāng)于小角度晶界的相界面。的相界面。圖中：圖中：）失配度增大，彈性應(yīng)變能增大，系失配度增大，彈性應(yīng)變能增大，系統(tǒng)能量與統(tǒng)能量與c2成正比成正比；）共格晶界在共格晶界在E點(diǎn)以后能量高于半共點(diǎn)以后能量高于半共格晶界。格晶界。15:587436 當(dāng)當(dāng)=0.04時(shí)，時(shí)，d=25C2，每，每25個(gè)晶面要插入個(gè)附加的半晶個(gè)晶面要插入個(gè)附加的半晶面；面；=0.1時(shí)，時(shí)，d=10C2, 每每10個(gè)晶面要插入個(gè)晶面要插入1個(gè)附加的半晶面。失個(gè)附加的半晶面。失配度配度愈大，間距愈大，間距d

31、 愈小，失配度太大，插入間距太密，成為非愈小，失配度太大，插入間距太密，成為非共格晶界。共格晶界。 非共格晶界：界面上原子排列完全無序（不吻合），有很多非共格晶界：界面上原子排列完全無序（不吻合），有很多缺陷分布在界面上。缺陷分布在界面上。 通過燒結(jié)得到的多晶體，絕大多數(shù)為這類晶界。（通過燒結(jié)得到的多晶體，絕大多數(shù)為這類晶界。（P122，圖圖4-18）d = C2/ （C2被插入者的晶面間距）被插入者的晶面間距） 形成半共格晶界時(shí)插入的形成半共格晶界時(shí)插入的位錯(cuò)數(shù)量位錯(cuò)數(shù)量是有限的，位錯(cuò)間距是有限的，位錯(cuò)間距 ：15:587437晶界處的晶界能：晶界處的晶界能：界面上原子比內(nèi)部相同原子能量高，

32、但低于界面上原子比內(nèi)部相同原子能量高，但低于兩個(gè)相鄰的晶粒表面能之和。兩個(gè)相鄰的晶粒表面能之和。 由于雜質(zhì)原子（離子）容易在晶界上聚集，晶界能的大小由于雜質(zhì)原子（離子）容易在晶界上聚集，晶界能的大小是可以變化的。晶體內(nèi)的雜質(zhì)原子周圍形成很大的彈性應(yīng)力場(chǎng)，是可以變化的。晶體內(nèi)的雜質(zhì)原子周圍形成很大的彈性應(yīng)力場(chǎng)，化學(xué)勢(shì)較高；晶界處結(jié)構(gòu)疏松，應(yīng)變場(chǎng)較弱，化學(xué)勢(shì)較低，因化學(xué)勢(shì)較高；晶界處結(jié)構(gòu)疏松，應(yīng)變場(chǎng)較弱，化學(xué)勢(shì)較低，因此，當(dāng)溫度升高時(shí)，雜質(zhì)原子的遷移率增加，雜質(zhì)原子可以從此，當(dāng)溫度升高時(shí)，雜質(zhì)原子的遷移率增加，雜質(zhì)原子可以從晶體自發(fā)向晶界擴(kuò)散。晶體自發(fā)向晶界擴(kuò)散。15:587438二、多晶體中的晶

33、界構(gòu)形二、多晶體中的晶界構(gòu)形 硅酸鹽制品燒結(jié)后，一般都是多相多晶材料。在多晶體硅酸鹽制品燒結(jié)后，一般都是多相多晶材料。在多晶體中，除晶粒間相互接觸，晶粒還會(huì)與氣相或液相相接觸。多中，除晶粒間相互接觸，晶粒還會(huì)與氣相或液相相接觸。多晶體中晶界的形狀、構(gòu)造和分布稱為晶界構(gòu)形。晶界的構(gòu)形晶體中晶界的形狀、構(gòu)造和分布稱為晶界構(gòu)形。晶界的構(gòu)形是由各個(gè)表面張力的相互關(guān)系決定的。是由各個(gè)表面張力的相互關(guān)系決定的。1 、固、固固固氣界面氣界面 晶粒與氣相相接觸的情況。達(dá)到平衡時(shí)：晶粒與氣相相接觸的情況。達(dá)到平衡時(shí)：固體晶粒固體晶粒固體晶粒固體晶粒sssvsv槽角2/cos2svss15:587439、固、固固

34、固液界面液界面 晶粒與液相相接觸的情況。晶粒與液相相接觸的情況。達(dá)到平衡時(shí)：達(dá)到平衡時(shí)：二面角二面角slssslss212cos2cos2這種情況在液相燒結(jié)中十分普遍。這種情況在液相燒結(jié)中十分普遍。15:587440iiiiiiivi）當(dāng)）當(dāng)sssl時(shí)，時(shí)，cos/260，120 這時(shí)液相不會(huì)滲到晶界，而在三這時(shí)液相不會(huì)滲到晶界，而在三晶粒晶粒相交處形成孤島狀液滴。相交處形成孤島狀液滴。ii）當(dāng)）當(dāng)ss/sl在在131/2之間時(shí)，之間時(shí)，cos/2=1/231/2/2，/2=3060， =60120 這時(shí)液相開始局部滲入晶界。這時(shí)液相開始局部滲入晶界。iii) ss/sl31/2時(shí)，時(shí)，cos

35、/231/2/2， /230， 2時(shí)，時(shí)，cos/21，=0 這時(shí)晶界完全被液相充滿，液相成為連續(xù)相，固相分布于其中。這時(shí)晶界完全被液相充滿，液相成為連續(xù)相，固相分布于其中。15:587441三、晶界應(yīng)力三、晶界應(yīng)力 晶界應(yīng)力主要是由于兩晶相或者不同結(jié)晶方向上的熱膨脹晶界應(yīng)力主要是由于兩晶相或者不同結(jié)晶方向上的熱膨脹系數(shù)不同引起的。除與熱膨脹系數(shù)有關(guān)，還與溫度變化、晶粒系數(shù)不同引起的。除與熱膨脹系數(shù)有關(guān)，還與溫度變化、晶粒尺寸有關(guān)。對(duì)尺寸有關(guān)。對(duì)層狀復(fù)合體，其晶界應(yīng)力：層狀復(fù)合體，其晶界應(yīng)力： 式中：式中：晶界應(yīng)力晶界應(yīng)力, ,熱膨脹系數(shù)之差熱膨脹系數(shù)之差, , 溫差溫差, , d晶粒直徑或薄

36、片厚度晶粒直徑或薄片厚度, 層狀物長(zhǎng)度層狀物長(zhǎng)度 晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及厚度成正比。晶粒晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及厚度成正比。晶粒愈粗大，材料強(qiáng)度愈差，反之，材料的強(qiáng)度與抗沖擊性越好。愈粗大，材料強(qiáng)度愈差，反之，材料的強(qiáng)度與抗沖擊性越好。L/dTk15:587442-粘土粘土-水系統(tǒng)水系統(tǒng)一、粘土的荷電性一、粘土的荷電性 1809年盧斯發(fā)現(xiàn)粘土顆粒向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的電泳現(xiàn)象，證明粘年盧斯發(fā)現(xiàn)粘土顆粒向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的電泳現(xiàn)象，證明粘土帶負(fù)電。土帶負(fù)電。 不同的粘土礦物帶電機(jī)理不同。不同的粘土礦物帶電機(jī)理不同。 粘土礦物顆粒很細(xì)（粘土礦物顆粒很細(xì)（0.1-10m），具有很大的表面積。粘）

37、，具有很大的表面積。粘土土-水系統(tǒng)是粘土分散在水中形成的泥漿系統(tǒng)，是介于膠體水系統(tǒng)是粘土分散在水中形成的泥漿系統(tǒng)，是介于膠體-懸浮懸浮液液-粗分散體系之間的一種特殊狀態(tài)，有一系列膠體化學(xué)性質(zhì)。粗分散體系之間的一種特殊狀態(tài)，有一系列膠體化學(xué)性質(zhì)。15:587443邊緣的邊緣的O2-以半個(gè)以半個(gè)鍵與鍵與Al3+結(jié)合結(jié)合 在酸性溶液（在酸性溶液（）中，帶負(fù)電。）中，帶負(fù)電。 1. 高嶺石高嶺石Al4Si4O10(OH)8帶電是由破鍵造成（帶電是由破鍵造成（兩性電荷兩性電荷）15:587444 高嶺石板面帶電量少，因?yàn)橥〈可伲迕嬉话銕俑邘X石板面帶電量少，因?yàn)橥〈可伲迕嬉话銕倭控?fù)電，

38、主要是邊面帶電（斷鍵）。量負(fù)電，主要是邊面帶電（斷鍵）。板面板面邊面邊面Al4Si4O10(OH)815:587445 粘土內(nèi)由同晶置換所產(chǎn)生的負(fù)電荷大部分分布在層狀硅酸粘土內(nèi)由同晶置換所產(chǎn)生的負(fù)電荷大部分分布在層狀硅酸鹽的板面，可以依靠靜電引力吸引一些介質(zhì)中的陽(yáng)離子。鹽的板面，可以依靠靜電引力吸引一些介質(zhì)中的陽(yáng)離子。 粘土所帶負(fù)電荷都遠(yuǎn)大于正電荷，主要帶負(fù)電。粘土所帶負(fù)電荷都遠(yuǎn)大于正電荷，主要帶負(fù)電。2. 蒙脫石、伊利石帶電主要由于同晶取代（負(fù)電荷）蒙脫石、伊利石帶電主要由于同晶取代（負(fù)電荷） 蒙脫石蒙脫石(MxnH2O)(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2：:層型，層層型，層內(nèi)鋁氧八

39、面體中內(nèi)鋁氧八面體中1/3Al3+g2+，少量，少量i4+l3+，產(chǎn)生的電荷，產(chǎn)生的電荷部分由層間交換性陽(yáng)離子以及八面體層中的部分由層間交換性陽(yáng)離子以及八面體層中的O原子被原子被OH取代平取代平衡，單位晶胞還過剩衡，單位晶胞還過剩-0.66個(gè)電荷，帶負(fù)電荷。個(gè)電荷，帶負(fù)電荷。 伊利石伊利石K11.5Al4Si76.5Al11.5O20(OH)4：:層型，層內(nèi)層型，層內(nèi)同晶取代同晶取代1/6Si4+l3+，負(fù)電荷大部分被層間非交換性的，負(fù)電荷大部分被層間非交換性的K+和和部分部分Ca2+、H+等平衡，單位晶胞過剩等平衡，單位晶胞過剩1.31.5個(gè)負(fù)電荷，只表個(gè)負(fù)電荷，只表現(xiàn)出少部分負(fù)電荷?，F(xiàn)出少

40、部分負(fù)電荷。3. 吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解產(chǎn)生負(fù)電荷（羧基和酚羧基的吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解產(chǎn)生負(fù)電荷（羧基和酚羧基的氫解離）。氫解離）。15:5874461:1層型層型2:1層型層型15:5874471、粘土進(jìn)行離子交換的特點(diǎn)：、粘土進(jìn)行離子交換的特點(diǎn)：(1) 同號(hào)離子交換同號(hào)離子交換 (2) 等當(dāng)量交換等當(dāng)量交換 (3) 過程是可逆的過程是可逆的 (4) 不改變粘土本身結(jié)構(gòu)不改變粘土本身結(jié)構(gòu) 二、粘土的離子吸附與交換二、粘土的離子吸附與交換 粘土顆粒帶電，就會(huì)吸附介質(zhì)中的異號(hào)離子，它吸附的粘土顆粒帶電，就會(huì)吸附介質(zhì)中的異號(hào)離子，它吸附的這些離子又可以被溶液中其它一些電價(jià)高、濃度大的離子

41、所這些離子又可以被溶液中其它一些電價(jià)高、濃度大的離子所交換。粘土的這種性質(zhì)叫粘土的離子交換性質(zhì)。交換。粘土的這種性質(zhì)叫粘土的離子交換性質(zhì)。 粘土的離子吸附是粘土和離子之間的作用，開始粘土的離子吸附是粘土和離子之間的作用，開始Na+吸附吸附在粘土上，成為鈉土；后來在粘土上，成為鈉土；后來Na+解吸，脫離粘土，進(jìn)入溶液，解吸，脫離粘土，進(jìn)入溶液，Ca+吸附在粘土上，成為鈣土。吸附在粘土上，成為鈣土。NaCaCaNa2222土土15:587448 2、粘土的陽(yáng)離子交換容量、粘土的陽(yáng)離子交換容量 不同的粘土礦物陽(yáng)離子交換能力大小不同。黏土的陽(yáng)離子不同的粘土礦物陽(yáng)離子交換能力大小不同。黏土的陽(yáng)離子交換能

42、力大小用陽(yáng)離子交換容量（交換能力大小用陽(yáng)離子交換容量（Cation exchange capacity 簡(jiǎn)簡(jiǎn)寫寫cec）表示。）表示。 陽(yáng)離子交換容量：克干粘土所吸附的陽(yáng)離子的毫克陽(yáng)離子交換容量：克干粘土所吸附的陽(yáng)離子的毫克當(dāng)量數(shù)。當(dāng)量數(shù)。 離子交換是離子間的作用。離子交換是離子間的作用。 離子交換可用于提純和制備吸附單一離子的粘土。離子交換可用于提純和制備吸附單一離子的粘土。 X-樹脂樹脂+Y-粘土粘土Y-樹脂樹脂+X-粘土粘土 粘土的離子交換主要是陽(yáng)離子間交換，也可以是陰離子間粘土的離子交換主要是陽(yáng)離子間交換，也可以是陰離子間交換。交換。 幾種主要黏土礦物的陽(yáng)離子交換容量（幾種主要黏土礦物

43、的陽(yáng)離子交換容量（mg當(dāng)量當(dāng)量/100g干干黏土）：黏土）： 蒙脫石蒙脫石 伊利石高嶺石伊利石高嶺石 75150 1040 31515:5874493、影響粘土離子交換容量的因素、影響粘土離子交換容量的因素(1) 粘土礦物組成粘土礦物組成 由各種黏土礦物的結(jié)構(gòu)決定的，不同的黏土礦物交換能由各種黏土礦物的結(jié)構(gòu)決定的，不同的黏土礦物交換能力大小不同。力大小不同。 (2) 粘土的分散度分散度粘土的分散度分散度，c.e.c (3) 粘土礦物的結(jié)晶完整性粘土礦物的結(jié)晶完整性 主要是對(duì)高嶺石的影響，完整程度主要是對(duì)高嶺石的影響，完整程度， c.e.c (4) 有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量，帶

44、電量，帶電量，吸附量，吸附量，c.e.c(5) 介質(zhì)的介質(zhì)的PH值值 PH值值， 高嶺帶負(fù)電量高嶺帶負(fù)電量， c.e.c(6) 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度 T, 碰撞碰撞， 吸附量吸附量， c.e.c15:587450交換序：交換序： H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+ 排在前面的離子，在相同濃度下，能置換排在后面的。排在前面的離子，在相同濃度下，能置換排在后面的。4、粘土的陽(yáng)離子交換序、粘土的陽(yáng)離子交換序 陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)弱與其電價(jià)和半徑有關(guān)。陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)弱與其電價(jià)和半徑有關(guān)。 電價(jià)愈高，交換能力愈強(qiáng)（電價(jià)愈高，交換能力愈強(qiáng)（M3+M2+M+）。）。H+特殊特殊

45、同價(jià)離子，半徑愈大，對(duì)水分子偶極子所表現(xiàn)的電場(chǎng)強(qiáng)同價(jià)離子，半徑愈大，對(duì)水分子偶極子所表現(xiàn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小，水化膜愈薄，離子與粘土表面的的距離小，它們之度小，水化膜愈薄，離子與粘土表面的的距離小，它們之間的吸力大，交換能力愈強(qiáng)。間的吸力大，交換能力愈強(qiáng)。15:587451三、粘土與水的結(jié)合三、粘土與水的結(jié)合 粘土表面是氧或氫氧基，通過氫鍵與水或水化陽(yáng)離子結(jié)合，粘土表面是氧或氫氧基，通過氫鍵與水或水化陽(yáng)離子結(jié)合，并使水分子定向排列。定向排列的極性水分子再使上一層水分子并使水分子定向排列。定向排列的極性水分子再使上一層水分子定向排列，由于水分子的熱振動(dòng)，愈往上有序性就愈差，逐漸過定向排列，由于水分子的熱

46、振動(dòng)，愈往上有序性就愈差，逐漸過渡到無規(guī)則排列。所以與粘土結(jié)合的水可分為三層：牢固結(jié)合水渡到無規(guī)則排列。所以與粘土結(jié)合的水可分為三層：牢固結(jié)合水（吸附水膜），（吸附水膜）， 松結(jié)合水（擴(kuò)散水膜）和自由水。松結(jié)合水（擴(kuò)散水膜）和自由水。 結(jié)合水（牢固結(jié)合水與松結(jié)合水）在物理性質(zhì)上與自由水是結(jié)合水（牢固結(jié)合水與松結(jié)合水）在物理性質(zhì)上與自由水是不同的。結(jié)合水比自由水密度大，熱容小，介電常數(shù)小，冰點(diǎn)低。不同的。結(jié)合水比自由水密度大，熱容小，介電常數(shù)小，冰點(diǎn)低。15:587452粘土和水形成的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)粘土和水形成的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)15:587453影響結(jié)合水量的因素：影響結(jié)合水量的因素：(1) 礦物組成。蒙脫石

47、礦物組成。蒙脫石高嶺石（指含同種交換性陽(yáng)離子）高嶺石（指含同種交換性陽(yáng)離子）(2) 粘土分散度。粒度小，分散度高，結(jié)合水量大（主要是粘土分散度。粒度小，分散度高，結(jié)合水量大（主要是高嶺石）。高嶺石）。(3) 吸附的陽(yáng)離子種類吸附的陽(yáng)離子種類 l l 一價(jià)離子結(jié)合水量一價(jià)離子結(jié)合水量二價(jià)離子結(jié)合的水量二價(jià)離子結(jié)合的水量三價(jià)離子三價(jià)離子結(jié)合的水量。根據(jù)電荷平衡，吸附低價(jià)離子數(shù)量高于吸附高結(jié)合的水量。根據(jù)電荷平衡，吸附低價(jià)離子數(shù)量高于吸附高價(jià)離子數(shù)量，每個(gè)離子都是水化的，因此吸附低價(jià)陽(yáng)離子的價(jià)離子數(shù)量，每個(gè)離子都是水化的，因此吸附低價(jià)陽(yáng)離子的粘土結(jié)合水量高。粘土結(jié)合水量高。 l l 同價(jià)離子是半徑小

48、的結(jié)合水量大，因?yàn)樗ず瘢瑑r(jià)離子是半徑小的結(jié)合水量大，因?yàn)樗ず?，水化半徑大。水化半徑大?粘土中離子結(jié)合水量：粘土中離子結(jié)合水量： LiNaKMg2Ca2Sr2Ba215:587454吸附層吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層1 1、電動(dòng)電位（、電動(dòng)電位（電位）電位） 吸附層與擴(kuò)散層帶相反電荷，相對(duì)吸附層與擴(kuò)散層帶相反電荷，相對(duì)移動(dòng)時(shí)二者之間存在著電位差，這個(gè)電移動(dòng)時(shí)二者之間存在著電位差，這個(gè)電位差稱為位差稱為電動(dòng)電位電動(dòng)電位或或-電位電位。 電動(dòng)電位（電動(dòng)電位（）：）： = 4d/ = 4d/ 式中：式中：表面電荷密度表面電荷密度 d d擴(kuò)散層厚度擴(kuò)散層厚度 介電常數(shù)介電常數(shù)四、粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)四、

49、粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì) 電動(dòng)性質(zhì)：帶電的粘土膠體分散在水中，在膠體顆粒和液電動(dòng)性質(zhì)：帶電的粘土膠體分散在水中，在膠體顆粒和液相的界面上會(huì)有擴(kuò)散雙電層出現(xiàn)。在外電場(chǎng)的作用下，固體顆相的界面上會(huì)有擴(kuò)散雙電層出現(xiàn)。在外電場(chǎng)的作用下，固體顆粒與液相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出來的電學(xué)性質(zhì)稱粒與液相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出來的電學(xué)性質(zhì)稱電動(dòng)性質(zhì)電動(dòng)性質(zhì)。正極正極負(fù)極負(fù)極15:587455 電位的測(cè)定：測(cè)出電泳速度，然后根據(jù)亥姆霍斯方程電位的測(cè)定：測(cè)出電泳速度，然后根據(jù)亥姆霍斯方程求出求出電位。電位。 = 4u/H = 4u/H 300 3002 2 （伏特）（伏特） 式中：式中：介質(zhì)粘度介質(zhì)粘度 介質(zhì)介電常數(shù)介質(zhì)介電常

50、數(shù) u u電泳速度電泳速度 （u=d/t du=d/t d離子移動(dòng)距離離子移動(dòng)距離 t t時(shí)間）時(shí)間） 3003002 2伏特與靜電單位換算系數(shù)伏特與靜電單位換算系數(shù), , H H外加電場(chǎng)的電位梯度外加電場(chǎng)的電位梯度 （H = E/L EH = E/L E外加電壓外加電壓 L L兩板間距）兩板間距） 電位的高低可以反映出體系很多性質(zhì)如：流動(dòng)性、穩(wěn)電位的高低可以反映出體系很多性質(zhì)如：流動(dòng)性、穩(wěn)定性等。定性等。，流動(dòng)性，流動(dòng)性，穩(wěn)定性，穩(wěn)定性。 穩(wěn)定的泥漿懸浮液的穩(wěn)定的泥漿懸浮液的 -50mv.-50mv.15:587456影響影響電位的因素：電位的因素：(1)(1)吸附的離子對(duì)吸附的離子對(duì)位的影

51、響位的影響 吸附同價(jià)離子時(shí)，半徑小的離子的吸附同價(jià)離子時(shí)，半徑小的離子的電位電位半徑大的離子的半徑大的離子的電位。因?yàn)榘霃叫〉碾x子水化膜厚，與粘土結(jié)合力小，電位。因?yàn)榘霃叫〉碾x子水化膜厚，與粘土結(jié)合力小，電位高；電位高；半徑大的，水化膜薄，結(jié)合力強(qiáng)，進(jìn)入吸附層的多，半徑大的，水化膜薄，結(jié)合力強(qiáng)，進(jìn)入吸附層的多，電位低。電位低。 吸附吸附M+的的電位電位吸附吸附M2+的的電位電位吸附吸附M3+的的電位，因?yàn)榈碗娢?，因?yàn)榈蛢r(jià)離子電價(jià)低，與粘土結(jié)合力差；高價(jià)離子電價(jià)高，結(jié)合力強(qiáng)，價(jià)離子電價(jià)低，與粘土結(jié)合力差；高價(jià)離子電價(jià)高，結(jié)合力強(qiáng)，進(jìn)入吸附層的多，擴(kuò)散層薄，進(jìn)入吸附層的多，擴(kuò)散層薄，電位低。電位低

52、。15:587457(3) (3) 粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)對(duì)粘土內(nèi)有機(jī)質(zhì)對(duì)電位的影響有機(jī)質(zhì)電位的影響有機(jī)質(zhì)，帶電量，帶電量，(4) PH(4) PH值的影響值的影響(2) 電解質(zhì)的濃度對(duì)電解質(zhì)的濃度對(duì)電位的影響電位的影響 加入加入+離子的離子的電位電位加入加入M2+離子的離子的電位電位加入加入 M3+價(jià)價(jià)離子的離子的電位。電位。 同價(jià)離子的電解質(zhì)，加入量均有個(gè)最佳值。開始隨加入同價(jià)離子的電解質(zhì)，加入量均有個(gè)最佳值。開始隨加入量增加，量增加，增大，因?yàn)殡娊赓|(zhì)的加入，使擴(kuò)散層增厚；電解質(zhì)增大，因?yàn)殡娊赓|(zhì)的加入，使擴(kuò)散層增厚；電解質(zhì)加入超過一定量后，隨電解質(zhì)的增加，加入超過一定量后，隨電解質(zhì)的增加，減小，因?yàn)?/p>

53、離子進(jìn)入減小，因?yàn)殡x子進(jìn)入吸附層的多了。吸附層的多了。15:587458五、粘土五、粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì)水系統(tǒng)的流變性質(zhì)1 1、流變學(xué)基礎(chǔ)、流變學(xué)基礎(chǔ) 流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的一門科學(xué)。流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的一門科學(xué)。(1)(1)牛頓型流動(dòng)牛頓型流動(dòng)( (理想流體）：服從應(yīng)力與速度梯度（應(yīng)變）呈理想流體）：服從應(yīng)力與速度梯度（應(yīng)變）呈正比規(guī)律的流動(dòng)。正比規(guī)律的流動(dòng)。流動(dòng)方程：流動(dòng)方程： =dv/dx 式中：式中： 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 dv/dx剪切速度梯度剪切速度梯度 粘度粘度 流動(dòng)特點(diǎn)：物體受到應(yīng)力作用后即開始運(yùn)動(dòng)，且發(fā)生變形流動(dòng)特點(diǎn)：物體受到應(yīng)力作用后即開始運(yùn)動(dòng)，且發(fā)生變形的速度梯度與

54、外加壓力成正比。的速度梯度與外加壓力成正比。水、甘油、低分子量化合物溶水、甘油、低分子量化合物溶液液。15:587459（2）Binham型型流動(dòng)：流動(dòng)： -f=dv/dx-f=dv/dx 流動(dòng)特點(diǎn)：應(yīng)力達(dá)到流動(dòng)極限值或屈服值（流動(dòng)特點(diǎn)：應(yīng)力達(dá)到流動(dòng)極限值或屈服值（f f）后才開始流）后才開始流動(dòng)。流動(dòng)后與牛頓型相同。動(dòng)。流動(dòng)后與牛頓型相同。新拌混凝土新拌混凝土（3）塑性流動(dòng)）塑性流動(dòng): 流動(dòng)特點(diǎn)：應(yīng)力達(dá)到屈服值后開始流動(dòng)，隨剪應(yīng)力增加，流動(dòng)特點(diǎn)：應(yīng)力達(dá)到屈服值后開始流動(dòng)，隨剪應(yīng)力增加，由紊流變?yōu)閷恿鳎钡竭_(dá)到一定值后，才達(dá)到牛頓流動(dòng)。由紊流變?yōu)閷恿?，直到達(dá)到一定值后，才達(dá)到牛頓流動(dòng)。泥漿、泥

55、漿、油漆、油墨、高溫?zé)Y(jié)時(shí)晶界間的滑移油漆、油墨、高溫?zé)Y(jié)時(shí)晶界間的滑移.15:587460（4 4）假塑性和脹流型流動(dòng)：）假塑性和脹流型流動(dòng)： 假塑性流動(dòng)沒有屈服值。假塑性流動(dòng)沒有屈服值。 流動(dòng)特點(diǎn)：其表觀粘度隨切變速率增流動(dòng)特點(diǎn)：其表觀粘度隨切變速率增加而降低。加而降低。高聚合物溶液、乳濁液、淀粉、高聚合物溶液、乳濁液、淀粉、甲基纖維素甲基纖維素 脹流型相反。脹流型相反。非塑性物料非塑性物料AlAl2 2O O3 3、石英、石英粉的料漿粉的料漿 泥漿的流動(dòng)屬塑性流動(dòng)。泥漿的流動(dòng)屬塑性流動(dòng)。. 泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性 泥漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性是泥漿的重要性能。工業(yè)生產(chǎn)上希泥漿的

56、流動(dòng)性和穩(wěn)定性是泥漿的重要性能。工業(yè)生產(chǎn)上希望得到含水量少，流動(dòng)性好，穩(wěn)定性好（不聚沉）的泥漿。望得到含水量少，流動(dòng)性好，穩(wěn)定性好（不聚沉）的泥漿。 泥漿流動(dòng)性測(cè)定一般是通過測(cè)定粘度，流動(dòng)度（泥漿流動(dòng)性測(cè)定一般是通過測(cè)定粘度，流動(dòng)度（）：）： 1。15:587461 調(diào)節(jié)流動(dòng)性，增加穩(wěn)定性，一般通過加入稀釋劑（減水調(diào)節(jié)流動(dòng)性，增加穩(wěn)定性，一般通過加入稀釋劑（減水劑）的方法。劑）的方法。常用稀釋劑：水玻璃、碳酸鈉、紙漿廢液、丹常用稀釋劑：水玻璃、碳酸鈉、紙漿廢液、丹寧酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉寧酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉 稀釋劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)是必須能拆開粘土泥漿內(nèi)原有的結(jié)構(gòu)。稀釋劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)是必須能拆開粘土泥漿內(nèi)原

57、有的結(jié)構(gòu)。由于靜電引力，原有結(jié)構(gòu)一般是邊面和邊邊結(jié)構(gòu)，把自由于靜電引力，原有結(jié)構(gòu)一般是邊面和邊邊結(jié)構(gòu)，把自由水包裹起來，流動(dòng)性差。若形成面由水包裹起來，流動(dòng)性差。若形成面面結(jié)構(gòu)，就可以放出面結(jié)構(gòu)，就可以放出自由水，增加流動(dòng)性，降低粘度。自由水，增加流動(dòng)性，降低粘度。15:587462未加未加稀釋劑時(shí)的稀釋劑時(shí)的邊面和邊邊結(jié)構(gòu)邊面和邊邊結(jié)構(gòu)加加稀釋劑后的稀釋劑后的面面結(jié)構(gòu)面面結(jié)構(gòu)15:587463 為達(dá)到泥漿膠溶的目的：為達(dá)到泥漿膠溶的目的：(1) 加入的稀釋劑應(yīng)能使溶液呈堿性，讓邊面、板面都帶負(fù)電。加入的稀釋劑應(yīng)能使溶液呈堿性，讓邊面、板面都帶負(fù)電。(2) 含有一價(jià)金屬離子，一價(jià)堿金屬離子交換

58、原粘土吸附的鈣、含有一價(jià)金屬離子，一價(jià)堿金屬離子交換原粘土吸附的鈣、鎂等，使鎂等，使電位升高；還可以防止鑲嵌。電位升高；還可以防止鑲嵌。(3) 陰離子的作用陰離子的作用 l l 能與能與Ca2、Mg2+等形成不溶物，促進(jìn)交換。等形成不溶物，促進(jìn)交換。 l l 聚合陰離子（硅酸鹽，磷酸鹽和有機(jī)陰離子在水中聚合形聚合陰離子（硅酸鹽，磷酸鹽和有機(jī)陰離子在水中聚合形 成），在幾何位置上與粘土邊面相適應(yīng)，被牢固吸附在成），在幾何位置上與粘土邊面相適應(yīng)，被牢固吸附在 邊面上，使邊面帶負(fù)電。邊面上，使邊面帶負(fù)電。15:58746415:5874653泥漿的觸變性泥漿的觸變性 觸變性的概念觸變性的概念 所謂觸變就是泥漿靜止不動(dòng)時(shí)似凝固體，一經(jīng)攪動(dòng)凝固的泥所謂觸變就是泥漿靜止不動(dòng)時(shí)似凝固體，一經(jīng)攪動(dòng)凝固的泥漿重新獲得流動(dòng)性。如再靜止又重新凝固，這樣可以重復(fù)無數(shù)次。漿重新獲得流動(dòng)性。如再靜止又重新凝固，這樣可以重復(fù)無數(shù)次。 觸變性產(chǎn)生原因：觸變性產(chǎn)生原因： “卡片結(jié)構(gòu)卡片結(jié)構(gòu)” 泥漿靜止時(shí)，形成局部邊面或邊邊結(jié)合的三維網(wǎng)狀結(jié)泥漿靜止時(shí)，形成局部邊面或