第四章材料的表面與界面

1、第四章 材 料 的 表 面 與 界 面4-1 什么叫表面張力和表面能？在固態(tài)下和液態(tài)下這兩者有何差別？4-2 在晶體中，不同的結(jié)晶面上，表面上原子的密度住往是不一樣的（見無機(jī)材料物理化學(xué)表6-1）。你認(rèn)為原子密度大的晶面的表面能大呢？還是密度小的大？試解釋之。4-3 一般說來，同一種物質(zhì)，其固體的表面能要比液體的表面能大，試說明原因。4-4 什么叫吸附、粘附？當(dāng)用焊錫來焊接銅絲時(shí)，手用挫刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象。4-5 為什么在實(shí)際晶體中，不存在理想晶體所設(shè)想的完整平面？至少也會(huì)有相當(dāng)于螺形位錯(cuò)的柏氏矢量大小的臺(tái)階。4-6 試說明晶界能總小于兩個(gè)相鄰晶粒的表面能之和的原因

2、。4-7 （a） 什么叫彎曲表面的附加壓力：其正負(fù)根據(jù)什么劃分？（b）設(shè)表面張力為900爾格厘米2，計(jì)算曲率半徑為0.5的曲面附加壓力？ 4-8 真空中Al2O3的表面張力約為900爾格厘米2，液態(tài)鐵的表面張力為1720爾格/厘米2，同樣條件下，界面張力（液態(tài)鐵氧化鋁）約為2300爾格/厘米2。問接觸角有多大？液態(tài)鐵能否潤(rùn)濕氧化鋁？4-9 表面張力為500爾格/厘米2的某液態(tài)硅酸鹽與某種多晶氧化物表面相接觸，接觸角=450；若與此氧化物混合，則在三晶粒交界處，形成液態(tài)小球，二面角平均為900，假如沒有液態(tài)硅酸鹽時(shí)，氧化物氧化物界面的界面張力為1000達(dá)因/厘米，試計(jì)算氧化物的表面張力。4-10

3、 MgOAl2O3SiO2系統(tǒng)的低共熔物，放在Si3N4腳瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為900爾格/厘米2，液體與固體的界面能為600爾格/厘米2，測(cè)得接觸角為70.520。（1）求Si3N4的表面張力。（2）把Si3N4在低共熔溫度下進(jìn)行熱處理，測(cè)得其腐蝕的槽角為123.750，求Si3N4晶界能。（3）如果把20的低共熔物與Si3N4粉末混合，加熱到低共熔溫度下，試畫出低共熔物與Si3N4混合組成的陶瓷顯徽結(jié)構(gòu)示意圖。4-11 氟化鋰晶體經(jīng)多邊形化、拋光和腐蝕后，觀察到沿某一直線的位錯(cuò)腐蝕坑的間距為10微米，在外加剪應(yīng)力作用下觀察到小角度晶界垂直于晶界平面移動(dòng)，為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)

4、象？若柏氏矢量為2.83Å，穿過晶界的傾斜角是多少？4-12 在高溫將某金屬熔于Al2O3片上。（a） 若Al2O3的表面能估計(jì)為1000爾格/厘米2，此熔融金屬的表面能也與之相似，界面能估計(jì)約為300爾格/厘米2，問接觸角是多少？（b） 若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面張力的兩倍，試估計(jì)接觸角的大?。浚╟） 在（a）所述條件下，混合30金屬粉末與Al2O3成為金屬陶瓷，并加熱到此金屬熔點(diǎn)以上。試描述并作圖示出金屬與Al2O3之間的顯徽結(jié)構(gòu)。4-13 在0時(shí)冰水體系的固液界面能為28爾格/厘米2，晶界能為70爾格/厘米2，液相表面能為76爾格/厘米2，

5、并且液態(tài)水能完全潤(rùn)濕冰的表面。（a） 估計(jì)冰在空氣中及冰在水下的晶界腐蝕角。（b） 酒精加入液相中，則觀察到固液界面能降低。若要使晶界腐蝕角降低到零度，需使界面能降低到什么程度？（c） 怎樣比較冰與（a）SiO2（固相）硅酸鹽液及（b）MgO（固相）硅酸鹽液體系的晶界腐蝕？解釋如何和為什么后面兩個(gè)體系相異或相同。4-14 一個(gè)B在A中的稀溶液析晶時(shí)給出四方晶體。在能發(fā)生氣相傳質(zhì)條件下久后，晶體形成平行六面體，其晶面分別垂直于C軸和a軸。當(dāng)B的摩爾分?jǐn)?shù)為0.05時(shí)，C軸方向與a軸方向的軸比為1.76，而當(dāng)摩爾分?jǐn)?shù)為0.07時(shí)，軸比為1.78。試計(jì)算a面和C面的表面張力之比，并指出那一個(gè)晶面B原子

6、密度相對(duì)地較高。4-15 1克石英當(dāng)它粉碎（在濕空氣中）成每顆粒直徑為1的粉末時(shí)重量增加至1.02克，它的吸附水膜厚度為多少？（石英密度是2.65g/cm3）。4-16 具有面心立方晶格的晶體，其(110)、 (100)、(111)面上表面密度分別為0.555；0.785；0.907，試回答那一個(gè)晶面上固氣表面能將是最低的，為什么？4-17 常見的流動(dòng)類型有哪兒種，各有何特點(diǎn)。4-18 試述粘土帶電原因及粘土電荷對(duì)粘土水系統(tǒng)工藝性質(zhì)的影響。4-19 擴(kuò)試解釋粘衛(wèi)結(jié)構(gòu)水、結(jié)合水（牢固結(jié)合水、松結(jié)合水）、自由永的區(qū)別，分析后兩種水在膠團(tuán)中的作用范圍及其對(duì)工藝性能的影響。4-20假如高嶺石薄片的四面

7、體上，每個(gè)裸露的氧上吸附著一個(gè)水分了，試問高嶺石將增加多少重量？4-21假定邊長(zhǎng)為0.0001cm的NaCl正六面體上，每個(gè)表面鈉離子有一個(gè)（OH-）的吸附位置，試問每克NaCl能吸附多鄉(xiāng)個(gè)（OH-）離子?4-22 粘土的很多性能與吸附陽(yáng)離子種類有關(guān)，指出粘土吸附下列不同陽(yáng)離子后的性能變化大小規(guī)律（以箭頭表示）H+ Al3+ Ba2+ Sr2 Ca2Mg2 NH3+ K+ Na+ Li+（1）離子置換能力；（2）粘土的-電位；（3）粘土的結(jié)合水；（4）泥漿的流動(dòng)性；（5）泥漿的穩(wěn)定性；（6）泥漿的觸變性；（7）泥團(tuán)的可塑性；（8）泥漿的濾水性；（9）泥漿的澆注時(shí)間；4-23 若粘土粒子是片狀的

8、方形粒子，長(zhǎng)度分別是10、1、0.1，長(zhǎng)度是其厚度的10倍。試求粘土顆粒平均距離是在吸力范圍20Å時(shí)，粘土的體積濃度。4-24 若粘土顆粒尺寸為（a）1：（b）0.1；（c）0.01，每個(gè)顆粒的吸附層厚度為100Å，試求粘土顆粒在懸浮液中最大的體積分?jǐn)?shù)是多少？（假定粘土視作立方體）。4-25 有兩種礦物組成均為高嶺石的粘土，一種呈紫褐色，可塑性強(qiáng)，C、E、C約為30毫克當(dāng)量/百克土；另一種色潔白、塑性差、C、E、C約為5毫克當(dāng)量/百克土。如分別用它們配制泥漿，為獲得流動(dòng)性好的穩(wěn)定泥漿，用單一電解質(zhì)還是用復(fù)合電解質(zhì)稀釋效果好？?jī)煞N泥漿如獲得相同的粘度，電解質(zhì)加入量何者多，為什

9、么？4-26 用Na2CO3和Na2SiO3分別稀釋同一種粘土泥漿，試比較電解質(zhì)加入量相同時(shí)，兩種泥漿的流動(dòng)性、注漿速率、觸變性和坯體致密度？4-27 在注漿成型的泥漿中常搭配一些回坯泥（回坯泥中含少量石膏屑），結(jié)果使泥漿變稠，欲降低泥漿粘度應(yīng)采取什么措施？4-28 高嶺薄片的平均直徑為0.9,厚度為0.1、在其板面上吸附層厚度為30Å，在邊面上是200Å。試求由于吸附而使顆粒增加的有效體積百分?jǐn)?shù)是多少？4-29 一個(gè)均勻的懸浮液，粘土濃度為30體積，一薄片狀粘上顆粒尺寸是平均直徑0.1，厚度0.01,求顆粒間平均距離是多少？4-30 粘土薄片平均“直徑”為0.5,厚度是100