КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Намокряне и разпространение

Способността на мокро твърди вещества - важна характеристика на течност взаимодействат с твърда повърхност. На практика, омокрящо явление се среща при топене, защитно покритие, импрегниране, синтероване в присъствието на фазово запояване течност, и редица други процеси.

А капка течност върху твърда повърхност е под формата, показана на фиг. 4.9, в зависимост от естеството на течната среда и твърдото тяло. Q на контактен ъгъл характеризира омокрящи и може да се определи много точно от експеримент.

Фиг. 4.9. А капка течност върху твърда повърхност: а - пълно намокряне;

б - намокряне; в - без мокрене

се получават Т. Юнг две уравнения, показваща зависимостта на ъгъла на контакт на течността и твърди характеристики:

(4.18)

и

(4.19)

където:

S - Специфични свободна повърхностна енергия на границата между твърда - газ, твърдо - течна, течна - газ;

W и - работата на сцепление.

Работата на сцепление W и по дефиниция, NK Адам е операция, която трябва да бъде изразходвано за силите на сцепление срещу отделянето на твърдата фаза от течността в посока, перпендикулярна на тяхната интерфейс. Дюпри показа, че работата на сцепление между двата флуида е сумата на повърхностното напрежение на двете фази, взети поотделно, минус повърхностното напрежение на интерфейса:

, (4.20)

NK Адам показва, че Дюпре уравнение се прилага за адхезията между твърди и течни, може да се изчислява от стойностите на контактни ъгли на омокряне с формула

, (4.21)

Има и друг метод за изчисляване на работата на сцепление, предложените JV Naidich базира на теорията капки се търкалят по наклонена равнина, твърда повърхност, разработен от Френкел Френкел.

Установено е, че

,

където:

М - маса на капки;

а - ъгъл;

R - радиус на основата на капки.

По този начин, експериментално върху критични ъгли търкаляне може да се определи W и по която от уравнение (4.19) е възможно да се изчисли ъгъла на контакт. Сравнявайки тази стойност с контактен ъгъл получена експериментално, ние можем да го прави. Такова сравнение е напълно потвърждава правилността на основния принцип на капилярен от уравнения (4.18) и (4.19).

Трябва да се отбележи, че уравненията (4.18) и (4.19) са валидни, когато капка от течността в контакт с твърда повърхност е в състояние на термодинамично равновесие, т.е., DF = 0, където DF - .. Промяна в повърхност свободна енергия на системата.

Прост анализ на (4/18) показва, че омокряемостта с р <90 ° подобрява с повишаване на TG S, S намаляване ZH.G и T.ZH S; когато р> а 90 ° намаление ZH.G води до влошаване на мокрене т. д. увеличение на р. Също така е ясно, че ъгълът на контакт не може да бъде нула, ако е ZH.G> ите TG ZH.G за S> 0.



Има много начини за определяне на омокряне, които могат да бъдат разделени на методи:

1) допускане за директно измерване на наклона на повърхността на течността към твърдата повърхност;

2) определяне на параметър за контакт система, която зависи от ъгъла на контакт.

Фиг. 4.10. Апарат за определяне на повърхностното напрежение и контактни ъгли на намокряне течен метал: 1 - хоризонтален вал; 2 - вертикален прът; 3 - вакуумна камера; 4 - пещ; 5 - проба от метал; 6 - Камера

Фиг. 4.11. Апарат за изследване на намокряне с отделен отопление: 1 - капак; 2 - токов вход към горния нагревател; 3 - капкомер; 4 - нагревател; 5 - капка; 6 - токов вход към долния нагревател; 7 - нагревател; 8 - инсталиране на камерата; 9 - камера

За измерване на контактни ъгли на намокряне твърд метал се топи най-често се използва метод на зимен капка, вече обсъдено по-горе, изпълнението на които се ползват със специална апаратура (фиг. 4.10).

Недостатъкът на тази настройка е невъзможността да се образуват капчици върху твърда повърхност, без предварително контакт в твърдо състояние. В MISA предложен инсталация позволява на топлина твърдата фаза поотделно анализира и метала до желаната температура, след което капка течност отлага върху твърда повърхност (фиг. 4.11). Това е важно, ако подложката между твърдата и течната метал е интензивно взаимодействие.

Пълна намокряне или разпространение на особен интерес. В този случай, на ъгъла на контакт в близост до или равни на нула. Разпространение случи, особено при омокряне с течен титан, цирконий, хафний, силикон, графит. Използване контактен ъгъл омокрящи тест в тези системи вече не е възможно. Ето защо е необходимо да се намерят нови критерии, характеризиращи взаимодействието в такива системи. Такъв критерий може да бъде степен на нанасяне, крайният радиуса на капчици течност, които напълно мокри на твърдо вещество, или съотношението на площта, заета капка rasteksheysya теглото си ( "специфичен за намазване").

Ние използвахме динамичен метод за изучаване на процеса на разпространение, както е обикновено на разпространение феномен се получава в системи, където взаимодействието между компонентите достатъчно енергични. Фиг. 4.12 показва схематично, който се използва за тази цел. Устройството се състои от затворен корпус, в който са поставени два резистентност нагревателни елементи. Някои от тях (нисш) е позициониран хоризонтално и се използва за загряване на субстрата, втората (горен), разположен вертикално и служи за топене на метал и образуването на капчици. проба метал се поставя в него от конусни kapleobrazovatele с ниска капка ръб, който попада върху повърхността на субстрата. Разстоянието между тях зависи от размера на капката, но не трябва да надвишава 10 мм. Процесът на разпространение е фиксирана в горната част на филма, за да се определи степента на нанасяне. Радиус rasteksheysya капки и област може да се измерва след охлаждане.

Според Harkins, процеса на разпространение се характеризира с разпространението на коефициент, който се прилага към течността и твърдото вещество се дава от

, (4.22)

Фиг. 4.12. Апарат за разпространение на изследователския процес: а - схема на инсталацията; б - устройство за топене на метал; 1 - камера; 2 - прозорец за наблюдение; 3 - вертикалното нагревател за метал; 4 - за апаратура топене на метал; 5 - Хоризонтална

нагревател за субстрат; 6 - хоризонтална платформа за монтиране на пробата; 7 -

вакуумна връзка; 8 - устройство, което осигурява хоризонтално положение

проба; 9 - стоките; 10 - водно охлаждане tokozvody; 11 - тръба; 12 - конично kapleobrazovatel

Това съотношение представлява свободна енергия печалба в резултат на процеса на разпръскване. Тя е по-положително, отколкото по-пълен процес на разпространение трябва да се процедира. От уравнение (4.22) показва, че разпръскващите фактор се увеличава с увеличаване на повърхността на енергия от твърда повърхност е тенденцията на системата, за да освободи намаляване на енергия чрез увеличаване на контактната площ на течността и твърдото състояние, т.е.. Д. DF <0. Промяна на повърхността свободната енергия на спада система - можете да запишете на субстрата, както следва:

,

Ако приемем, че F-DS DS = T T F = Т DS-H (това е вярно за случая на пълно разпространение), ние се получи формула за определяне на движещата сила разпространение:

(4.23)

където:

Ds - промяната на специфична повърхност свободната енергия на системата.

Смята се, че колкото по-негативно на стойността на ДС, толкова по-енергично, трябва да се разпространява. Този израз съвпада до подпише с разпространение на коефициента Харкинс.

Обаче стойността на Ds в разпространението на сферични капчици (Q = 180 °) за завършване разпространение (Q »0 °) се променя значително. За да се оцени промяната във времето, то е необходимо да се помисли за формата на капката разпространение.

Фиг. 4.13. Схема течни капчици разпространение

Да предположим, че една капка течност (фиг. 4.13) разпределени, така че за единица време се премества DH предната разпространение стойност.

По този начин е налице намаление на интерфейс твърд - газ и увеличаване на повърхността на течност раздела - газ. Поради тази работа се извършва

,

Движещата сила разпространение пропорционална промяна в повърхността свободна енергия на системата е

или

Друг разтвор се редуцира до геометрична проблем за промяна на повърхността на капчиците DS F-F за разпространение. повърхността на капчиците, което е сферичен сегмент, е

,

С разпространението на промяна на променливите; Следователно, промяна на повърхността може да се изрази

,

След като частните производни

или подмяна на разликите на добавката може да се получи

,

Фиг. 4.13 показва, че незначителни акорд пресича ъгъл р. Ето защо:

и

,

В крайния етап на разпространение динамичен ъгъл на контакт е практически постоянна (DQ »0).

,

накрая

,

по този начин

, (4.24)

Лесно е да се види, че в този израз на влиянието на променливите (Индекс "г" означава, че ние имаме предвид динамичното интерфейс енергията и промяната в процеса на разпространение на контактния ъгъл) и Т-T за движещата сила на разпространението е подобен на влиянието си в разпространение коефициент Харкинс и в (4.23).

Процесите на овлажняващи и разпространение играе решаваща роля за намаляване повърхностна енергия на твърдо вещество - течност. Един от процеси, които водят до намаляване на повърхностното повърхностна енергия е адсорбцията на йони или атоми в течност - твърдо вещество.

Гибс, получени уравнение, свързано адсорбцията на повърхностната енергия

,

където:

D - над повърхността концентрация на съответния компонент на системата, понижаване на повърхностното енергия;

S - Повърхностното повърхностна енергия;

и - активност interfacially активен компонент в течна фаза.

Ако коефициентът на активност може да се приема като постоянна стойност, тогава активност е пропорционална на концентрацията на С и уравнението на Гибс под формата

или след интеграция

,

където К - константа на интеграция.

Това става ясно от това уравнение, че Повърхностното повърхностната енергия на намалява линейно с увеличаване на адсорбция interfacially активен компонент в интерфейса.

Смята се, че този процес води до намаляване на стойността на Т-F системи Fe-Al 3 и Ni-Al 2 O 3, с добавка на титан, силиций и хром желязо или никел.

Друга интересна еднакво намаляване случай повърхностна енергия се извършва в присъствието на дифузия през интерфейса. Например, когато течността е в контакт с твърд като значителна разтворимост в него, инсталиран на градиента на интерфейс дифузия. Гранично енергия в същото време промените, колкото да променят състава на течността. В произведенията Gumenik показа, че повърхностните енергийни системи от графитни - течен преходни метали в присъствието на градиент дифузия в интерфейса могат да бъдат намалени до 1000-2000 ерговете / см 2.

AA Zhukhovitskii и VA Grigorian въз основа на необратими термодинамиката показа, че всяко преминаване на компонента чрез интерфейса намалява повърхностното повърхностна енергия. Тъй като най-често условие е наличието на възможност за включване на химически градиент на потенциал на I-та част от първата и втората фаза, се установи, че химически потенциал Dm градиент директно води до промяна в повърхностна енергия

,

където:

М - броят на наземния транспорт, равно на количеството вещество преминава през 1 cm 2 площ в отсъствието на химически градиент на потенциал.

В практически интерес е количествено изследване на химическа реакция ефект на повърхностна енергия на твърдо вещество - газ въз основа на термодинамично равновесие.

Общото състояние на течността площ от повърхността на тялото Верде напише в този случай, както следва:

,

където:

DZ р - частична промяна на изобарно-изотермичен потенциал на химична реакция (р, T = конст);

DN - размерът на нереагирал материал в части от мола.

Когато контактният ъгъл на разпръскване близо до нула, можем да предположим, че

,

В условия, близки до равновесие, ние очевидно може да напише уравнението

или

Интегриране, ние получаваме

,

където:

S - площ на 1 мол от дадено вещество, опъната в мономолекулен филма.

накрая

, (4.26)

От това уравнение, следва, че интензивността на химическо взаимодействие увеличава отрицателен DZ р и динамични междуфазовите енергия намалява. Равновесни условия, DZ р = 0, и уравнението (4.26) се превръща в уравнение с Neumann cosq = 1.

В заключение трябва да се отбележи, че промяната в повърхностна енергия на твърдо вещество - течност най-силно се отразява на омокряемостта при висока температура системи, при които обикновено се провеждат интензивни химична реакция.

Количествен характеристика на процеса на разпространение е неговата скорост или вида на връзката: R = F (T), където R - радиус на разпространение на капчици, т - време разпространение.

Има много теории разпространение, разглеждане на което е извън обхвата на този курс от лекции.

Един подход за решаването на този клас проблеми е както следва.

Нека свободната енергия на системата утихна по време на разпространението на уведомления (вж. По-горе). "Теглителна сила" се разпространява

,

където:

R - радиус на разпръскване капчици в момента тон.

Силата на вискозно съпротивление в съответствие с правото на Нютон се определя като:

,

където:

- Gradient на скоростта на флуида при височина Z слой;

Н - коефициент на динамичен вискозитет на флуида.

В равновесно количество на движение на флуидите сили, действащи върху падащото равнява на нула; Ж + Ж ¢ = 0 или

(4.27)

След включване на това уравнение получаваме израза:

(4.28)

където:

м - масово разпространение капчици;

R - плътност на течността;

С - коефициент.

След това трябва да се вземе предвид влиянието на гравитацията върху процеса на разпространение:

(4.29)

където

K - коефициент, като се отчита приносът на тежестта в процеса на разпространение = 0,5 ¸ 0,7).

В резултат на интеграцията на това уравнение дава следната зависимост:

(4.30)

където:

,

останалите условия описват ефекта на тежестта на разпространението на течни капчици върху хоризонталната повърхност на твърдо вещество.

За по-нататъшно сближаване на реалните условия на изчисления разпространение трябва да се счита за възможна промяна на физичните и химичните характеристики на флуида и течността в цялата система - твърдо. Това трябва да се очаква, особено промени в процеса на движеща сила-разпространение. Сметката на тази промяна може да се направи с помощта на уравнения (4.24) и (4.26). Освен това, чрез интегриране на диференциалното уравнение (4.29), помисли за промени в вискозитета на течността в процеса на взаимодействие с твърда повърхност, която се определя експериментално.

Във всички уравнения, обсъдени по-горе теория на намокряне и разпространение на настояща стойност на свободната повърхностна енергия на твърдото тяло и безплатно повърхностната енергия на течността при интерфейс течност - твърдо.

Методи за теоретично изчисляване на тези количества и експериментални техники за измерването им са обсъдени по-долу.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Намокряне и разпространение

; Дата: 05.01.2014; ; Прегледи: 973; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



ailback.ru - Edu Doc (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 11.45.9.22
Page генерирана за: 0.069 сек.