固体表面与界面.ppt

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1、第五章 固体表面与界面,5.1 固体的表面及其结构5.2 固体界面及其结构5.3固体的界面行为5.4 粘土水系统的性质,固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面：1）表面:表面是指固体与自身的蒸气或真空的界面。2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。相界面有三类，如固相与固相的相界面（S-S）；固相与气相之间的相界面（S-G）；固相与液相之间的相界面（S-L）。,5.1 固体的表面,一、固体表面特征1.固体表面的不均一性由于制备、加工条件、晶格缺陷、空位或位错造成固体表面的不均一性。2.固体表面力场 固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸

2、引质点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力称为固体表面力。依性质不同，表面力可分为：1）化学力 2）分子引力,（1）化学力：本质上是静电力。当固体表面存在不饱和价键，它将吸附物质到其表面，吸附剂可能把它的电子完全给予吸附物，使吸附物变成负离子（如吸附于大多数金属表面上的氧气）；或吸附物把其电子完全给予吸附剂，而变成吸附在固体表面上的正离子（如吸附在钨上的钠蒸气）。,（2）分子引力，也称范德华(van der Walls)力，一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。主要来源于三种不同效应：1）定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间。2）诱导作用。主要发生在极性分子与非极性

3、分子之间。3）分散作用。主要发生在非极性分子之间。对不同物质，上述三种作用并非均等的。例如对于非极性分子，定向作用和诱导作用很小，可以忽略，主要是分散作用。,二、晶体表面结构,1.离子晶体表面结构威尔（Weyl）等人基于结晶化学原理，研究了晶体表面结构，认为晶体质点间的相互作用，键强是影响表面结构的重要因素，提出了晶体的表面双电层模型。,NaCl晶体,离子晶体表面的电子云变形和离子重排,表面离子受内部离子作用电子云变形，离子重排，表面能减少。表层中的离子键向共价键过度，晶体表层被一层负离子所屏蔽。,注意：（1）极化主要指阴离子极化，但取决于离子极化性能；（2）重排主要指阳离子配位数降低，负离子

4、外移，正离子相应内移或外移；（3）离子间距离交替缩短和变长，键强值变得分散；（4）真空表面的能量仍比内部高。,可以预期，对于其它由半径大的负离子与半径小的正离子组成的化合物，特别是金属氧化物如Al2O3、SiO2等也会有相应效应。而产生这种变化的程度主要取决于离子极化性能。如：PbI2表面能最小（130尔格厘米2），PbF2次之（900尔格厘米2），CaF2最大（2500尔格厘米2）。这正因为Pb2+与I-都具有大的极化性能所致。当用极化性能较小的Ca2+和F-依次置换PbI2中的Pb2+和I-离子时，相应的表面能和硬度迅速增加。可以预料相应的表面双电层厚度将减小。,2、粉体表面结构 粉体在制

5、备过程中，由于反复地破碎，不断形成新的表面。表面层离子的极化变形和重排使表面晶格畸变，有序性降低。因此，随着粒子的微细化，比表面增大，表面结构的有序程度受到愈来愈强烈的扰乱并不断向颗粒深部扩展，最后使粉体表面结构趋于无定形化。基于X射线、热分析和其它物理化学方法对粉体表面结构所作的研究测定，提出两种不同的模型。一种认为粉体表面层是无定形结构；另一种认为粉体表面层是粒度极小的微晶结构。,3、玻璃表面结构 表面张力的存在，使玻璃表面组成与内部显著不同 在熔体转变为玻璃体的过程中，为了保持最小表面能，各成分将按其对表面自由能的贡献能力自发地转移和扩散。在玻璃成型和退火过程中，碱、氟等易挥发组分自表面

6、挥发损失。因此，即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、结构也会不同于内部。,4、固体表面的几何结构 实验观测表明，固体实际表面是不规则而粗糙的，存在着无数台阶、裂缝和凹凸不平的峰谷。这些不同的几何状态同样会对表面性质产生影响，其中最重要的是表面粗糙度和微裂纹。,表面粗糙度会引起表面力场变化，进而影响其表面性质。从色散力的本质可见，位于凹谷深处的质点，其色散力最大，凹谷面上和平面上次之，位于峰顶处则最小；反之，对于静电力，则位于孤立峰顶处应最大，而凹谷深处最小。由于固体表面的不平坦结构，使表面力场变得不均匀，其活性和其它表面性质也随之发生变化。其次，粗糙度还直接影响到固体比表面积、内、外表面积比值以

7、及与之相关的属性，如强度、密度、润湿、孔隙率和孔隙结构、透气性和浸透性等。此外，粗糙度还关系到两种材料间的封接和结合界面间的吻合和结合强度。,表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生。微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要。脆性材料的理论强度约为实际强度的几百倍，正是因为存在于固体表面的微裂纹起着应力倍增器的作用，使位于裂缝尖端的实际应力远远大于所施加的应力。葛里菲斯（Griffith）建立了著名的玻璃断裂理论，并导出了材料实际断裂强度与微裂纹长度的关系式中，R为断裂强度，C为微裂纹长度，E为弹性模量，是表面自由能。,5.2 固体界面及其结构,1.晶界结构相同而取向

8、不同的晶体相互接触，其接触界面称为晶界2.晶界的界面能定义：指晶体内部相同性质的相的晶粒之间的界面能量。3.晶界构型 固固气界面ss=2svcos(/2)为腐蚀槽角。,固固液界面 固固固界面,5.3 界面行为,一、弯曲表面效应1.曲面上的压力差,2.弯曲表面的蒸气压,凸面对颗粒（固、液）所施加的附加压力使颗粒化学位增加，从而使颗粒饱和蒸气压增大。则：颗粒饱和蒸气压必然大于同温度下平面饱和蒸气压。开尔文（Kelvin）公式：,式中 P 曲面上的饱和蒸气压；P0 平面上的饱和蒸气压；r 球形颗粒之半径；r1、r2 曲面的两主曲率半径；颗粒密度；M 摩尔质量；R 气体常数。,工艺意义 喷雾干燥法 对

9、于液体：液滴呈凸面，r 0，则P P0；且r，P，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。,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1m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,3.毛细管现象,指液体能在毛细管中自动上升或下降的现象，由弯曲液面附加压

10、力产生，此附加压力称为毛细管力。,（1）液体润湿管壁：润湿角 90，则液面成凸面，P为正值，液面沿管壁下降。,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。,若r 0，P P0，则在指定温度下环境蒸气压为P0时，该蒸气压对平面液体未达饱和，但对管内凹面液体可能已呈过饱和，此蒸气将在毛细管内凹面上凝聚成液体毛细管凝结。工艺影响陶瓷生坯的回潮现象 毛细管凝结造成回潮现象：陶瓷生坯中有很多毛细孔，易形成毛细管凝结，其蒸气压低而不易被排除，

11、造成回潮，若不预先充分干燥，入窑将易炸裂；冬天水泥地面易冻裂与毛细管凝结水的存在有关。,1.润湿的定义：固体与液体接触后，体系的吉布斯自由能降低时称为润湿2.润湿的类型 润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而展开。1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成附着润湿、浸渍润湿和铺展润湿三种类型。,二、润湿与粘附,a.附着润湿（沾湿）沾湿引起体系自由能的变化为：,式中，LV，SV和SL分别为单位面积固一液、固一气和液一气的界面自由能。,S,v,沾湿过程,L,沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功W

12、a为,SL越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体。若Wa0，则（G）TP0，沾湿过程可自发进行。固一液界面张力总是小于它们各自的表面张力之和，这说明固一液接触时，其粘附功总是大于零。因此，不管对什么液体和固体沾湿过程总是可自发进行的。,b.浸渍润湿（浸湿）浸湿过程引起的体系自由能的变化为 如果用浸润功Wi来表示，则浸润功是 若Wi0，则G0，过程可自发进行。浸湿过程与粘湿过程不同，不是所有液体和固体均可自发发生浸湿，而只有固体的表面自由能比固一液的界面自由能大时浸湿过程才能自发进行。,S,V,L,浸湿过程,c.铺展润湿 置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此

13、过程为铺展润湿。体系自由能的变化为,S,V,液体在固体表面的铺展,对于铺展润湿，常用铺展系数SL/S来表示体系自由能的变化，如,若S0，则G0，液体可在固体表面自动展开。,注意:上述条件均是指在无外力作用下液体自动润湿固体表面的条件。有了这些热力学条件，即可从理论上判断一个润湿过程是否能够自发进行。但实际上却远非那么容易，上面所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液界面自由能，而这些参数目前尚无合适的测定方法，因而定量地运用上面的判断条件是有困难的。尽管如此，这些判断条件仍为我们解决润湿问题提供了正确的思路。,3.接触角和 Young方程 将液滴（L）放在一理想平面（S）上，如果有一相是

14、气体，则接触角是气一液界面通过液体而与固一液界面所交的角。1805年，Young指出，接触角的问题可当作平面固体上液滴受三个界由张力的作用来处理。当三个作用力达到平衡时，应有下面关系 或这就是著名的Young方程。式中SV和LV是与液体的饱和蒸气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。,液滴在固体表面的接触角,接触角（润湿角）：液体表面与固液界面的夹角。润湿张力（F）：固气界面张力与固液界面张力的差值。,从上面的讨论可以看出，对同一对液体和固体，在不同的润湿过程中，其润湿条件是不同的。对于铺展润湿过程，=90完全可作为润湿和不润湿的界限；90，则不润湿。三种润湿的共同点是：液体将气体从

15、固体表面挤开，使原有的固气（或液气）界面消失，而代之以固液界面。铺展是润湿的最高标准，能铺展则必能附着和浸渍。,V,L,沾湿,浸湿,铺展,固体进入液体过程,4.影响润湿的因素 a.表面粗糙度的影响 将一液滴置于一粗糙表面，有 或 此即Wenzel方程，是Wenzel于1936年提出来的。式中r被称为粗糙因子，也就是真实面积与表观面积之比。,如果将两个式子进行比较，可得对于粗糙表面，r总是大于1。,表面粗糙度的影响,(a),(b),因此：（1）90时，即在润湿的前提下，表面粗糙化后变小，更易为液体所润湿。（2）90时，即在不润湿的前提下，表面粗糙化后变大，更不易为液体所润湿。粗糙度对改善润湿与黏

16、附强度的实例：水泥与混凝土之间，表面愈粗糙，润湿性愈好；陶瓷元件表面披银，必须先将瓷件表面磨平并抛光，提高瓷件与银层之间的润湿性。,b.吸附膜 上述各式中的SV是固体露置于蒸气中的表面张力，因而表面带有吸附膜，它与除气后的固体在真空中的表面张力SO不同，通常要低得多。就是说。吸附膜将会降低固体表面能，其数值等于吸附膜的表面压，即 代入Young方程得：,该式表明，吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍液体铺展的作用。,三、吸附与表面改性,1.吸附及其本质吸附：是一种物质的原子或分子（吸附物）附着在另一物质表面（吸附剂）的现象。吸附本质：固体表面力场与被吸附分子力场相互作用的结果。根据相互作用力性质

17、的不同，分为：物理吸附 由分子间引力引起化学吸附 由化学力引起，来源于固体表面的剩余键力,物理吸附：吸附物与吸附剂为两个分立系统，q 较小，r0 较大（如A点吸附）。,化学吸附：伴随有电子转移的键合过程，吸附物与吸附剂晶格为统一系统，q 较大，r0 较小，有明显选择性，需要活化能，其吸附速度随温度升高而加快（如C点吸附）。,2.吸附曲线（a）与吸附特征（b）,3.固体的表面改性与表面活性剂,表面改性：利用固体表面吸附特性通过各种表面处理改变固体表面的结构和性质，以适应各种预期的要求。表面改性实质：改变固体表面结构状态和官能团。方法：最常用的是采用各种有机表面活性剂。表面活性剂：能够显著降低体系

18、的表面（或界面）张力的物质，如润湿剂、乳化剂、分散剂、塑化剂、减水剂、去污剂等,表面活性剂分子结构极性亲水基（lyophilic radical）羟基OH、羧基COOH、磺酸基SO3H、磺酸钠基SO3Na、氨基NH等基团；非极性憎水基（亦称亲油基）（lyophobic radical，各种链烃、芳烃等基团。憎水基越长，分子量越大，其水溶性越差。憎水强弱顺序：脂肪族烃（石蜡烃烯烃）带脂肪族支链的芳香烃芳香烃带弱亲水基的（如蓖麻油酸（OH基）。,表面活性剂分类离子型（阴离子型、阳离子型、两性离子型）非离子型 表面活性剂作用机理：两种基团在固体表面选择定向排列：极性基朝向极性固体表面，非极性基指向介

19、质 非极性基朝向非极性固体表面，极性基指向介质从而实现不同极性、不相亲合表面间的桥联和键合，并降低界面张力。,CaTiO3高频电容器陶瓷 CaTiO3粉（表面亲油）水成型剂 泥浆 表面改性剂：烷基苯磺酸钠,粉磨工艺 加助磨剂，以提高粉磨效率 作用机理：吸附膜对微细裂纹的“劈裂作用”；助磨剂分子吸附于颗粒表面形成一层均匀的吸附膜，使裂纹内部表面能降低而不易愈合并对尖端又有其挤压作用；吸附膜的润滑作用；使颗粒均匀分分散于研磨体中，阻止细粉聚集，提高粉磨效率。,小结：适当地选择表面活性剂两部分基团的性质和比例就可以控制其水溶性和油溶性的程度，制得符合要求的表面活性剂，以达到表面改性的目的。,作业：1

20、.在真空条件下，Al2O3的表面张力0.90J/mol，液态铁的表面张力为1.72J/mol，同样条件下的界面张力（液态铁氧化铝）约为2.3J/mol，求接触角有多大？液态铁能否润湿Al2O3？2.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70.52。求Si3N4的表面张力。把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角为60，求Si3N4的晶界能,5.4 粘土水系统的性质,粘土水系统：指粘土粒子分散在水介质中所形成的泥浆或泥团系统，是介于胶体悬浮液粗分散体系之间的

21、一种特殊状态。一、粘土胶体 胶体：物质分散度在1100nm范围内的一种分散体系分散相（分散物质：颗粒、纤维、薄膜）分散介质 分散相：有很高分散度，比表面积远大于常态物质，因而带来一系列表面物化性质。胶体粒子：1100nm,1.黏土的荷电原因及荷电性,黏土晶格中的同晶取代Al3+进入到硅氧四面体中取代Si4+的位置，为保持电中性，层间吸附K+、Na+等，此时的黏土加水，K+、Na+进入水介质中，黏土荷电。,荷电原因：同晶取代荷电性：板面负电荷荷电量：与同晶取代量，吸附正离子的性质有关。,表面腐殖质解理黏土表面含有很多的有机质，这些有机质中的羧基和酚羟基水解，形成H+、OH-、COO-，尤其当pH

22、8时，有利于水解的进行，荷负电。荷电原因：表面有机质解离，H+进入介质，黏土板面荷负电。荷电量：与有机质含量、介质的pH值有关。,颗粒边棱的价键断裂高岭石价键断裂使边棱带正电或负电 酸性介质中（pH6）：边棱带正电+1价；中性介质中（pH7）：边棱不带电；碱性介质中（pH8）：边棱带负电-2价。粘土正负电荷代数和是粘土净电荷。由于粘土负电荷远大于正电荷，则主要带负电荷；粘土粒子荷电性是粘土水系统具有一系列胶体性质的主要原因之一。,2.粘土与水的结合,O2-与OH-和水分子通过氢键结合牢固结合水紧挨粘土表面，通过氢键与粘土离子结合并作有规则定向排列，又称吸附水膜，其厚度 约310个水分子层 松

23、结 合 水在牢固结合水周围，从有规则定向排列到无规则排列的过渡水层，又称扩散水膜，其厚度约60个水分子层（20nm）自由 水松结合水以外完全无规则排列的普通的流动水,结构水、结合水和自由水的区别,结构水以OH形成存在于粘土晶格中，约在400600脱去，可用红外光谱检测 吸附水层间结合水，约100200除去，与粘土颗粒的中的O或OH以氢键结合的水。自由 水松结合水以外完全无规则排列的普通的流动水,粘土与水结合量的影响因素,1）粘土矿物组成 粘土结合水量与粘土阳离子交换量成正比。对于含同一种交换性阳离子的粘土，蒙脱石结合水量比高岭石大。2）粘土分散度 高岭石结合水量随粒度减小而增高，而蒙脱石结合水

24、量与颗粒细度无关。,3）粘土吸附阳离子种类 结合水量：吸附R吸附R2吸附R3粘土吸附同价离子的结合水量随吸附离子半径增大，结合水量减少。结合水量：Li-粘土Na-粘土K-粘土,3.黏土胶团结构,二、黏土的离子交换与吸附,1.离子交换 用一种离子取代原先吸附于粘土上的另一种离子。（1）特点 同号离子相互交换；离子以等当量（或等电量）交换；吸附和解吸是可逆过程，其速率受离子浓度影响；离子交换并不影响粘土本身结构。,（2）类型 按粘土上原先吸附的离子所带电荷的不同，分为阳离子交换和阴离子交换。2.离子交换容量 离子交换能力的表征；主要由吸附量来决定。通常以pH=7时，吸附离子毫克当量数/100g干粘

25、土表示（单位：毫克当量数百克干粘土）；分为阳离子交换容量和阴离子交换容量，如阳离子交换容量代表粘土在一定pH条件下的净负电荷数；吸附量决定于中和表面电荷所需的吸附物的量。,影响因素：（1）粘土种类：阳离子交换容量：蒙脱石伊丽石高岭石 阴离子交换容量：蒙脱石伊丽石高岭石（2）粒度大小：粒度，表比面积，破键，边棱带正负电荷总数，阴阳离子交换容量均升高,（3）介质温度：温度，粒子碰撞次数，交换容量，但吸附强度；（4）介质pH值：pH，交换容量（高岭石明显）；（5）有机质含量：有机质含量，负电量，交换容量；（6）粘土矿物结晶完整程度：结晶完整程度，交换容量（高岭石明显，因为结晶越差，同晶取代量增加）,

26、3.离子的置换能力（1）阳离子置换能力 阳离子置换能力由离子吸附能力决定 电价相同时：Li+Na+K+NH4+离子半径 增大 水化半径 减小 吸附能力 上升 电价不同时：Na+Ca2+Al3+电荷数 上升 吸附能力 上升,按照吸附能力（或结合能力）将阳离子排成顺序：H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+高价离子的吸附能力强，置换顺序在前。同价离子半径大，水化半径小的在前。H+例外，因其水化半径小。,（2）阴离子置换能力 阴离子置换能力取决于吸附能力和阴离子几何结构，综合两方面作用：OHCO32P2O74IBrClNO3FSO42 阴、阳离子的置换顺序称为Hofme

27、ster离子交换顺序。注意：改变离子浓度，即增加置换离子浓度或使被置换离子生成沉淀，可改变离子置换顺序。,三、黏土胶体的电动电位,电动电位（电位）：吸附层与扩散层相对移动时，两者之间存在的电位差，称为电位,从静电力学原理得电位计算公式：表面电荷密度；d扩散层厚度；分散介质介电常数。影响因素：a）固相表面电荷密度增大：升高 b）电解质浓度随电解质加入，出现极大值 c）吸附阳离子的影响,粘土吸附以下阳离子时，电位 H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+离子电价高，每个离子所平衡的胶核负电荷数越多，胶团中的电位下降越快，扩散层越薄，降低。d）pH值的影响（p199）pH

28、降低，H+升高，在pH=910出现极值 e）有机质含量越高：升高 f）粘土种类电位：蒙脱石伊丽石高岭石,四、泥浆的稳定与聚沉,1.泥浆的稳定 泥浆的稳定性：指黏土胶粒在水中保持均匀分散而不发生聚集下沉的性质。动力稳定作用：胶粒的动力作用而均匀分散不发生下沉的性质。溶剂化层（水化膜）稳定作用：水化膜定向排列，降低胶核表面能，使胶粒间产生弹性及阻力，稳定性扩散双电层稳定作用：电位，斥力f，稳定性。稳定的泥浆悬浮液，电位值必须在-50mV以上。f2/k(1/k扩散层的厚度）,2.泥浆的聚沉作用 聚沉的特征：溶胶变色、絮凝、混浊，并分离出清液 产生聚沉的原因：电位，引力增大，稳定性下降。电介质对聚凝的

29、影响用聚凝值表示。聚凝值使溶胶聚集沉降所需要的最低电介质浓度（g/L）,聚沉值，聚沉能力，服从离子价规则（1）聚凝值：H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+（2）有机离子聚沉能力强（3）正离子对负溶胶起聚沉作用 负离子对正溶胶起聚沉作用,五、黏土水系统的流变性质,1.流变学概念 流变性 物体在外力作用下流动及变形的特性。流变学 研究物体在外力作用下流动及变形的科学。,2.泥浆流动性表征（1）相对粘度 泥浆一定体积泥浆流出恩氏粘度计所需时间（s）水同体积水流出同一恩氏粘度计所需时间（s）（2）表观粘度 测定规定直径孔嘴恩氏粘度计流出一定量泥浆所需的时间（s）式中：表

30、观粘度，即粘度实验值；0纯水的粘度；C粘土的体积浓度；K系数，与粘土颗粒、形状、大小有,要求：泥浆含水量低有利于坯体干燥 流动性好由于注浆成形 方法：加稀释剂（液化剂）含1价阳离子的电解质（碱式盐：钠盐）,3.泥浆结构,4.稀释剂稀释机理,（1）改变介质pH值 天然粘土指Ca2+粘土；由于同晶取代，使板面带负电荷；由于有机物存在，一般粘土水系统可认为处于酸性介质中，pH8，边棱上断键带负电，结果使粘土粒子定向排列，形成面面结合，释放自由水，泥浆流动性变好，粘度变小,（2）电位 随电解质加入，电位增大，胶粒间斥力加大，泥浆粘度减小，流动性变好。,5.影响流动性的因素,（1）阳离子价态的影响 主要

31、通过表面覆盖系数影响泥浆粘度。当形成钙土时，每个Ca2+对应二个表面电荷。当钙土变为钠土时，则每个Na+对应一个表面负电荷。即同种粘土粒子以钙土表面覆盖系数小，更易形成卡片结构，使增高，流动性变差；钠土表面覆盖系数大，形成卡片结构可能性小，趋向于定向整齐排列，使降低，流动性增加。,（2）浓度影响 先使升高；再增加使降低，经历一个极大值。升高，扩散层厚度增大，泥浆稳定性好，降低。故与正好反向。（3）阳离子种类的影响 阳离子对电位影响主要由置换顺序表现出来。,少量电解质加入时，低价（一价）的阳离子，其置换顺序在后，与粘土粒子结合弱，扩散层厚，使增加、降低显著；高价（二价、三价）的阳离子，其置换顺序

32、在前，与粘土粒子结合强，双电层薄，使增加、降低不显著；加入电解质多时，低价阳离子对胶体聚凝能力不大，增加不显著，高价阳离子聚凝能力强，增加显著阳离子种类对系统的流动性的影响与电位相同,六、可塑性,1.可塑性：物体在外力作用力，可塑造成各种形状，并保持这形状而不失去物料颗粒之间联系的性能。受力将变形，保持变形后形状但并不出现裂痕。2.表征：泥团可塑性屈服应力最大应变（A屈服值）（B最大变形量）塑性泥料的应力应变图 3.产生可塑性原因：由于粘土水界面键力作用结果 张紧薄膜理论（毛细管作用）胶团中引力与胶团间斥力相互作用,4.影响因素：（1）含水量：过多过少都不好。a.水的作用,b.加水量2835，

33、含水量增加，呈浆状，流动性提高1825，含水量减少，呈泥料，可塑性增加,（2）阳离子种类：随阳离子置换顺序：左右，吸附力降低，吸附层厚度减小，r2外移，使吸附层界面斥力增加，吸引其它粘土粒子包围自己，呈可塑性能力差，可塑性降低。（3）粘土种类及颗粒大小与形状：颗粒小，接触点多，可塑性好；片状结构可在层间滑移，而不破坏结构，可塑性好。（4）液体介质影响：水介质有可塑性，有机介质则没有，这是由于硅酸盐亲水不亲油。,七、泥浆的触变性与膨胀性,触变性：料浆静止时似凝固体，搅动则回复流动性。静置泥浆凝胶体，粘度大，流动性差；搅拌泥浆粘度变小，恢复流动性；流动凝固流动，粘度连续而逐渐变化。产生原因：静置时

34、颗粒部分边面或边边结合，形成不稳定空间网架结构，包裹自由水；一搅拌，破坏空间网架结构，释放自由水，恢复流动性。,对工艺的影响：触变性太大：成形后坯体在脱膜或搬运过程中，稍受振动会使坯体变形；触变性过小：注件在脱膜前缺乏足够强度，易倒坯或使修坯困难。,膨胀性：与触变性相反的特性，当搅拌时，泥浆变稠而凝固，静止后恢复流动性。产生原因：由于在除重力外没有其他外力因素干扰的条件下，片状黏土粒子趋于定向平行排列，相邻颗粒间隙由粒子间斥力决定。,影响因素：1.粘土颗粒大小与形状：越细，形状越不规则，触变性 2.泥浆含水量：含水量，颗粒间距，触变性 3.介质温度：T，颗粒运动，颗粒间联系,触变性 4.介质p

35、H值：pH，边棱带正电，利于形成空间网架结构，触变性 5.粘土种类：由于遇水膨胀性，蒙脱石比高岭石易具有触变性,6.电解质的种类及加入量粘土吸附阳离子价数愈小，或价数相同而离子半径愈小者，触变效应愈小；加入适量电解质可以使泥浆稀释稳定，加入过量电解质又能使泥浆聚聚集沉降，而在泥浆稳定到聚沉之间有一个过渡区域，在此区域内触变性由小增大；当电解质的加入量使粘土的电位稍高于临界值时，泥浆表现出最大触变性,八、泥浆的透水性（滤水性能）,透水性：泥浆形成固化泥层透过水的能力。透水性好，坯体形成速率快。影响因素：1.电解质种类及加入量，调节稀释剂加入过量或不足：面面结合，颗粒疏松，形成毛细管，透水性好 部

36、分边面或边边结合，颗粒紧密，透水性差 2.泥浆中塑性料与瘠性料配比：塑性料，瘠性料，透水性 3.颗粒细度：粒径，透水性,九、瘠性料的悬浮与塑化,1.瘠性料的悬浮（1）混凝土制备：因含碱不能太高，所以水泥料浆中不能用碱性稀释剂，而要用表面活性物质，如亚硫酸纸浆废液，亚硫酸酒精废液，减少内摩擦，把结构内自由水释放出，流动性好。单分子层吸附于水泥粒子表面，降低表面能，颗粒不利于凝聚。有亲水物质，水化性好，使水膜变厚，也不利于凝聚,（2）Al2O3（两性物质）陶瓷生产两性物质瘠性料的悬浮a 加入HCl，调节pH6,Al2O3 选择吸附AlCl2+、AlCl2+，荷上正电荷，形成双电层，形成正溶胶，-电

37、位为正值。,HCl浓度对-电位的影响：当pH值较低时，随HCl浓度的增加，Cl-增多而逐渐进入吸附层取代OH-。Cl-的水化能力比OH-强，Cl-的水化膜厚，而较多的进入扩散层，使-电位上升；若浓度继续增加，Cl-压入吸附层，正电荷减少，扩散层减小，-电位下降。,b.pH8，碱性,Al2O3选择吸附AlO2-，形成负溶胶，-电位为负值,2.瘠性料的塑化塑化剂a.粘土（软质粘土）、膨润土b.有机塑化剂,要求：具有较宽的挥发温度，这样坯体不易开裂；残余灰分少；不与原料发生化学反应。,作业：,1.黏土的很多性能与吸附阳离子种类有关，指出黏土吸附下列不同阳离子后的性能变化规律。H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+离子置换能力；黏土的电位；黏土的结合水；泥浆的流动性；泥浆的稳定性；泥浆的触变性；泥浆的可塑性；泥浆的滤水性。,