Межфазное взаимодействие

а межфазное натяжение а зависит от потенциала металла, т. е.

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ) - в-ва, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз, одна из к-рых обычно вода, и снижать поверхностное (межфазное) натяжение. Обладают смачивающими, эмульгирующими, моющими и др. ценными св-вами. Подразделяются на ионогенные и неионогенные. Среди ионогенных ПАВ, диссоциирующих в р-ре с образованием активного аниона или катиона, наибольшее значение имеют анионные, напр, соли жирных к-т или сульфокислот; к катионным ПАВ относятся, напр., производные алкиламинов. Пример неионогенных ПАВ (не диссоциирующих в р-ре) - полиэтиленгликолевые эфиры жирных спиртов. ПАВ используют при флотац. обогащении руд, как ингибиторы коррозии металлов, коагулянты, в моющих средствах и др.

59.Никитин Ю.П., Ест О.А., Попет, ЕМ. Межфазное натяжение и особенности строения границы металла со шлаком // Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии: Материалы конференции. 11- 12 мая 1962 г. - Киев: Изд. АН УССР, 1963. - С. 208 - 211.

Таким образом, комплекс сведений о свойствах межфазной границы кристаллизующейся твердой фазы с маточной средой (краевой угол смачиваемости, работа адгезии, адгезионное и межфазное натяжение) могут служить существенным дополнением диаграммы состояния сплава.

Цель данной работы ••—полное исследование поверхностных и контактных свойств жидких и твердых фаз этих'систем: измерены поверхностное натяжение и плотность жидких сплавов во всей области концентрации и температурном интервале 360— 1600° С; определены краевые углы смачиваемости твердых фаз золота и германия, золота и кремния соответственно для систем Аи — Sin Аи — Ge равновесными жидкими сплавами для двухфазных полей диаграмм состояния при температурах от эвтектических до температур плавления компонентов; рассчитаны работа адгезии, адгезионное натяжение, коэффициент растекания, а также межфазное натяжение; изучена микро* и макроструктура сплавов, в частности эвтектического состава.

Поверхностное и межфазное натяжение сплавов (граница расплав — газ, расплав — кристалл) и их изменение с концентрацией сплава и температурой

Представляется интересным провести анализ изменения (одновременно) поверхностного (граница расплав — газ) и межфазного (граница расплав •— твердая фаза) натяжений, сопоставляя ход обеих кривых. На рис. 6,9 изображены кривые о — состав для обеих границ раздела в системах Аи •— Ge и Аи — Si. Однако следует иметь в виду, что зависимость ажг — состав изотермична, тогда как зависимость атж — состав представляет политерму, с ростом концентрации золота, кремния или германия (при движении от чистых компонентов к центральной части оси составов) температура снижается. Следует еще подчеркнуть, что хотя межфазное натяжение рассчитывается с использованием неточно определенных величин (например, межфазного натяжения на границе расплав — кристалл этого же вещества, полученного из результатов Тернбалла по величинам переохлаждения), величина атж входит в расчетное уравнение Юнга как константа, так что рассчитанное изменение ятж — состав соответствует истинному (можно было бы

Как видно из рис. 6, 9, при введении в кремний (германий) золота поверхностное (граница жидкий сплав — газ) и межфазное (граница жидкий сплав — твердый кристалл) натяжения меняются незначительно (слабое увеличение натяжения), т. е. золото не адсорбируется на обеих межфазных границах, в то время как германий или кремний, добавленные к золоту, резко уменьшают поверхностное и увеличивают межфазное натяжение. Такой ход кривых можно объяснить следующим образом. Обе границы являются местом, где атомы жидкой фазы имеют недостаток соседей по сравнению с объемом твердой и жидкой фаз. Это положение, очевидное для границы жидкость — газ, нуждается в обосновании для границы кристалл — собственный расплав. Так как смачиваемость чистой твердой фазы собственным расплавом неполная (вз;т_5!ж = == 14°; в0ет_оеж = 15°; вАит-Аиж = 7°), работа адгезии жидкой фазы к твердой фазе того же вещества меньше работы когезии в жидкости (и в твердой фазе), что, по-видимому, нельзя объяснить иначе, как наличием некоторой дополнительной разупорядоченности структуры на границе раздела (по сравнению с объемом жидкой фазы). Таким образом, на межфазной границе кристалла со своим расплавом среднее координационное число должно быть меньше, чем в жидкой фазе. Атомы поверхностно-активного компонента должны адсорбироваться на обеих границах (на границе раздела с газом адсорбция должна быть, очевидно, выше), изменяя межфазное натяжение.

Последнее обстоятельство приводит к тому, что по мере насыщения жидкого золота кремнием или германием связь расплава с твердой фазой (золотом) слабее и межфазное натяжение растет.

При температуре плавления припоев адгезия, которую рассчитывали по выражению W = а (1 + cos в), мала и составляет 195, 170, 165, 265, 365 мдж/м* соответственно для ПМГ-12, № 446, № 442, № 432, 439. Наблюдается увеличение адгезии с возрастанием концентрации германия в сплаве, а также при введении в припой бора. Несмотря на общее повышение поверхностного натяжения у припоев № 432 и № 439, межфазное натяжение уменьшается, а адгезия увеличивается, что свидетельствует о межфазной активности бора. С повышением температуры адгезия увеличивается практически равномерно для всех припоев и при перегреве порядка на 250° С она увеличивается в 1,5 раза. Безусловно, что такие незначительные величины работы адгезии не могут обеспечить -плотного контакта на границе металл — огнеупор, поэтому на практике используют различные переходные слои, в частности металлизацию поверхности огнеупор а различными тугоплавкими металлами и сплавами.

Таким образом, в данном методе имеется возможность с достаточно высокой точностью определить характеристики процесса смачивания /0 и т. В дополнение к этим параметрам можно определить межфазное натяжение, краевой угол смачивания и разность плотностей жидких фаз предложенным нами методом [1], имеющим практически то же аппаратурное оформление, что и обсуждаемый.

3. МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НА СВОЙСТВА

3. Межфазное взаимодействие и влияние методов изготовления на свойства .......................... 29

Наибольшие значения относительных скоростей капель достигаются в минимальном сечении канала (рис. 4.10,6), где градиенты параметров максимальны. Об этом свидетельствует, в частности, сгущение линий Мг = const паровой фазы на рис. 4.12, где приведены результаты расчета течения влажного пара при сверхзвуковом (еа = 0,327; Mi = l,4) режиме. На этом же рисунке штрихпунктирными линиями нанесены некоторые изотахи для течений перегретого пара. Жирными линиями на рис. 4.12 показано положение внешних кромочных скачков уплотнения. Из сравнения результатов видно, что межфазное взаимодействие приводит к заметному снижению скорости парового потока, часть кинетической энергии которого тратится на разгон капель. Следует также отметить, что звуковая линия в двухфазном течении расположёна ниже но потоку, чем в перегретом паре (рис. 4.12). Этот эффект наблюдался и npnj расчете двухфазных течений в соплах Лаваля [22, 90, 91]. .

Такая задача может быть рассмотрена в рамках упрощенной модели взаимопроникающих фаз. Авторами [131] приняты следующие основные допущения: 1) капли неизменного диаметра предполагаются твердыми недеформируемыми частицами, не взаимодействующими между собой (коагуляция и дробление не учитываются); 2) термодинамические параметры несущей фазы связаны уравнением состояния идеального газа; 3) вязкие эффекты в пределах каждой фазы не учитываются и рассматривается только вязкое межфазное взаимодействие; 4) взаимодействие частиц с паром сводится к газодинамическому сопротивлению, обусловленному рассогласованием векторов скоростей фаз (скольжением). Принятые допущения позволяют использовать систему уравнений, аналогичную системе (4.1) — (4.10). В соответствии с поставленной задачей уравнения записываются в цилиндрических координатах:

В приведенном ранее теоретическом решении не учитывается межфазное взаимодействие на границе жидкости с паром. А. П. Солодов [7-9] решал задачу с учетом этого эффекта. Рассматривалась плоская ламинарная струя с равномерным начальным распределением скорости и температуры, равных соответственно а» о и Г0.. Струя вытекает в пространство с неподвижным насыщенным паром при температуре Тн. Вследствие притока массы конденсата жидкость подтормаживается и поверхность раздела фаз несколько отклоняется от плоскости у—0 и принимает положение у\(х) (рис. 7-3).

В гетерогенных смесях на межфазных поверхностях раздела действуют поверхностные силы (давление, сила сопротивления, поверхностного натяжения и т. д.) и на каждую фазу в заданном элементарном объеме —• массовые силы (сила тяжести, электромагнитная сила и т. д.), причем отдельные фазы существуют в виде макроскопических включений (капель, пузырей, пробок и т. д.), в общем случае изменяющихся в пространстве и во времени. Тогда законы, описывающие межфазное взаимодействие, чрезвычайно осложняются, а проблема вывода основных уравнений сохранения многофазной среды сводится главным образом к правильному заданию сил и потоков энергии и массы на межфазной границе раздела.

каждой фазы, при этом учитывают межфазное взаимодействие.

После определения конструкции композита - выбора компонентов и распределения их функций, приступают к решению наиболее сложной задачи - изготовлению композиционного материала, включающему выбор геометрии армирования (например, различного рода плетения) и наиболее эффективного технологического метода соединения компонентов композита друг с другом (например, золь-гель методы, методы порошковой металлургии, методы осаждения-напыления и другие). Однако основная сложность заключается не в сборке отдельных компонентов композита, а в образовании между ними прочного и специфического соединения. При этом большую роль играет предварительный анализ граничных процессов, происходящих в системе. Межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов, возможность химических реакций на границе и образование новых фаз, формируя такие характеристики композита, как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, прочность и другие важные эксплуатационные характеристики нового материала. Осуществление контроля не только за составом, но и за структурой требует развития теории, которая позволила бы предсказать, как будет влиять то или иное изменение на свойства композита. Когда стало расти число возможных комбинаций матрицы и армирующих волокон, а простое слоистое армирование начало уступать место армированию сложными переплетениями, исследователи стали искать пути, позволяющие избежать чисто эмпирического подхода. Задача состоит в том, чтобы по характеристикам волокна (частиц и др.), матрицы и по их компоновке заранее предсказать поведение композита.

Как отмечалось, межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов композита, возможность химических реакций и образования новых фаз на границах, формируя такие свойства как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, прочность и другие важные эксплутационные характеристики нового материала. Поэтому при производстве и эксплуатации композитов возникает актуальная научная физико-химическая проблема изучения граничных химических реакций и фазовых переходов в многокомпонентных системах.

• межфазное взаимодействие зависит от температуры (если с ростом температуры взаимная растворимость фаз повышается, то межфазное натяжение уменьшается, если взаимная растворимость фаз с повышением Г уменьшается, то межфазное натяжение увеличивается);

• межфазное взаимодействие зависит от кристаллографической ориентации фаз (чем выше когерентность границы, т.е. чем плотнее атомная упаковка в границе, тем ниже энергия границы и меньше поверхностное натяжение).