无机材料科学基础第五章表面与界面

第5章固体表面与界面一、名词解释1.阳离子交换容量：为PH＝7时100g干粘土所吸附的离子的毫克当量数2.可塑性：粘土与适当的水混合均匀制成泥团，当其受到高于某一个剪切应力值时，可以塑造成任何形状，这种去除应力能够保持形状。3.触变性：泥浆的稀释流动状态到泥浆的稠化凝聚状态之间还有一个中间态，通过扰动和摇动，凝固的泥浆又变回流动状态，当停止扰动或摇动，又变回凝固的泥浆4.滤水性：用石膏模型注浆成型时，泥浆形成的固化泥层透过水的能力5.聚沉值：使一定量的胶体溶液在一定的时间内开始凝聚所需要的电解质浓度6.粘土阳离子交换：粘土颗粒吸附的阳离子被溶液中其它浓度大、价数高的阳离子所交换二、填空与选择1．范氏力主要来源于三种不同效应：发生在极性分子和极性分子之间的静电力；发生在极性分子和非极性分子之间的诱导力和发生在非极性分子和非极性分子之间的色散力。2．不同类型的物体在应力作用下出现的流动形式可有：粘性流动、宾汉流动、塑性流动、假塑性流动和膨胀流动。3．粘土阳离子交换顺序为H＋Al3＋Ba2＋Sr2＋Ca2＋NH4＋K＋Na＋Li＋（半径大、电价高交换能力强）。4．粘土荷电的主要原因有：类质同晶取代、边棱破键和腐殖质电离。5．水和粘土作用以后，水在粘土胶粒周围随着距离的增大可分为：牢固结合水、疏松结合水和自由水。（电价低、半径小结合水多）6．当液体与固体相接触，固相不被液体所润湿，则两相的表面张力的关系应是D。（AγSV-γSLγLV；BγSVγSL；CγSV-γSLγLV；DγSVγSL）7．离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面能，对于下列离子晶体的表面能，最小的是PbI2、。（CaF2、PbF2、PbI2、BaSO4、SrSO4）8．粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后的变化规律以箭头表示（小→大）：LiNaKNHMgCaSrBaAlH422223与这样变化规律有关的性能是A。（A泥浆的流动性；B泥浆的触变性；C泥浆的滤水性；D泥团的可塑性；E泥浆稳定性；F泥浆浇注时间；G坯体形成速率；H粘土的结合水量；I粘土的ξ电位）H＋Al3＋Ba2＋Sr2＋Ca2＋Mg2＋NH4＋K＋Na＋Li＋性能与阳离子交换比较性能与阳离子交换比较ξ电位DIFFERENT流动性DIFFERENT滤水性DIFFERENT稳定性DIFFERENT坯体形成速率DIFFERENT结合水量DIFFERENT浇注时间SAME触变性SAME可塑性SAME9．粘土粒子破键引起的荷电与溶液介质的pH值有关，高岭石在酸性介质中，边面带+1电荷。（－2、0、＋1）【酸性+1；中性0；碱性-2】10．同价阳离子所饱和的粘土，其ξ－电位随离子半径减小而升高。（降低、升高、不变）11．粘土泥浆胶溶必须使介质呈碱性，还必须有一价阳离子交换粘土小原来吸附的阳离子。（酸性、碱性、中性、一价、二价、三价）三、什么叫表面张力和表面能?在固态下和液态下这两者有何差别?表面张力：表面增大一个单位长度所需要的力表面能：表面增大一个单位面积所作的功液态：液态下二者数值相等固体：只有在通过缓慢的扩散条件下引起界面或者表面的变化时二者才能够相等四、根据图4-3和表4-3（教材P110）可知，具有面心立方晶格不同晶面（110）、（100）、（111）上，原子密度不同，试回答，哪一个晶面上固-气表面能是最低的？为什么？（111）最低；(110)其次;(100)最高五、试解释粘土结构水、结合水（牢固结合水、松结合水）、自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响？结构水牢固结合水松结合水自由水名称粘土结构中以（OH）存在的水靠近内层定向排列的水分子层介于牢固结合水和自由水之间定向排列程度差的水分子层松结合水外围的水分子区别粘土结构内部3-10个水分子层小于20nm大于20nm范围结合水少，自由水多，容易移动，粘度小，流动性好；水分子层小于10nm可塑性好六、用Na2CO3和Na2SiO3分别稀释同一种粘土（以高岭石矿物为主）泥浆，试比较电解质加入量相同试，两种泥浆的流动性、注浆速率、触变性和坯体致密的有何差别？前者无明显变化，后者除了触变性下降，其余均上升七、影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采用什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要。影响因素1：含水量2：颗粒尺寸3：矿物组成4：吸附阳离子种类影响方法1：改变泥料处理工艺2添加塑化剂NUNUnnNULNUNUnnNULNUNUnnNULibissibissibiss00000000000046.0122-1555.0)1(11052.0124-1785.0)1(10045.0126-1907.0)1(111）（）（）（）（）（）（九、MgO-Al2O3-SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900mN/m，液体与固体的界面能为600mN/m，测得接触角为70.520。（1）求Si3N4的表面张力；（2）把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角为600，求Si3N4的界面能。γSi3N4=γ（Si3N4-liquid）+γ（liquid）cosθ=600+900cos70.520=900Γ=2γ（Si3N4）cosα=2×900×cos30=1558.8