Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МЕЖФАЗНАЯ ЭНЕРГИЯ НА ГРАНИЦАХ ТВЕРДАЯ ФАЗА-РАСПЛАВ И ТВЕРДАЯ ФАЗА- ПАР НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛО-КЕРАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Используя, полученные ранее автором формулы, проведены расчеты межфазной энергии керамики на границе с жидким металлическим расплавом σтр. и поверхностной энергии керамики на границе с паром металлического расплава σтп.

В [1], сравнивая работы образования новой фазы в объеме и на поверхности исходной, нами получены следующие формулы для расчетов σтр и σтп:

f                               (1)

f.             (2)

Здесь σрп - поверхностная энергия расплава с насыщенным паром, θ- краевой угол в случае равновесия системы или контактный угол в неравновесной системе твердое тело- расплав (жидкость) - пар.

На основании формул (1) и (2) была составлена таблица относительных значений σтррп, σтпрп, σтптр в зависимости от изменения краевого угла θ во всем интервале возможных значений от 1 до 1800.

Формулы (1) и (2), справедливые, очевидно, лишь при неполном смачивании, выражают σтр и σтп через экспериментально измеряемые величины σрп и θ. Конкретных расчетов по формулам (1) и (2) не проводились.

В настоящей работе, используя литературные данные по краевым углам и поверхностным энергиям металлических расплавов, проведены расчеты σтр и σтп для некоторых металло-керамических систем.

Вычисленные значения σтр и σтп представлены в таблицах 1-3. Экспериментальные данные θ заимствованы из [2], а значения σрп - из измерений тех же авторов работы [2] методом покоящейся капли на керамических подложках для случаев θ > п/2.

Для θ < п/2 в той же работе [2] приведены значения работ адгезии w жидких металлов к керамическим телам. Используя, эти значения w с помощью формулы Дюпре нами рассчитаны поверхностные энергии жидких металлов, необходимые при расчетах σтр и σтп

f.                                 (3)

Из таблиц 1-3 видно, что для систем с θ > п/2, σтп < σтр. . При θ < п/2, σтп > σтр . Если θ = п/2, то σрп = σтр = σтп.

Последние условия находятся в согласии с представлениями о соотношениях между межфазными энергиями и краевыми углами.

Таблица 1. Краевые углы и межфазные энергии на границах раздела жидкий кремний-керамика при 14500С.

Керамика

В атмосфере водорода

В атмосфере гелия

Θ0

σрп

σтр

σтп

Θ0

σрп

σтр

σтп

Аℓ2 О3

95

734

748

684

100

702

727

605

Zr О2

90

730

730

730

96

725

742

666

Мg О

101

860

893

729

95

740

755

690

Ве О

88

734

727

752

76

451

416

525

Ве2 С

54

756

552

996

63

756

619

962

Тi О2

-

-

-

-

107

735

772

557

Таблица 2

Керамика

В вакууме

В атмосфере водорода

В атмосфере гелия

Θ0

σрп

σтр

σтп

Θ0

σрп

σтр

σтп

 

Θ0

σрп

σтр

σтп

Zr О2

118

1730

1834

1022

131

1555

1640

620

120

1500

1591

841

Тh О2

-

-

-

-

132

1540

1623

593

134

1520

1599

543

Аℓ2 О3

128

1760

1861

778

133

1590

1674

590

141

1505

1569

399

Ве О

128

1680

1777

742

152

1595

1636

227

146

1370

1418

282

Мg О

132

1600

1686

616

152

1730

1774

247

132

1625

1713

625

Тi О2

105

1165

1220

918

143

1320

1372

318

121

1110

1177

606

Ве2 С

92

1140

1150

1110

90

1100

1100

1100

75

1112

1017

1305

графит

90

1100

1100

1100

68

1091

940

1349

86

1122

1101

1179

Таблица 3. Краевые углы и межфазные энергии на границах расплав железа-керамика при 15500С

Железо

Керами-ка

В атмосфере водорода

В атмосфере гелия

Θ0

σрп

σтр

σтп

Θ0

σрп

σтр

σтп

Армко

Zr О2

111

1395

1473

973

102

1285

1337

1070

 

Тh О2

112

1430

1511

976

100

1320

1336

1137

 

Ве О

147

1230

1271

239

127

1280

1354

584

 

Мg О

-

-

-

-

130

1293

1336

534

 

Тi О2

84

815

791

876

0

-

-

-

 

Тi О2-х

92

932

940

907

76

564

520

656

 

графит

37

1446

768

1922

51

1289

900

1711

Железо- электроли-тический

Аℓ2 О3

121

1450

1538

791

129

1440

1522

615

Из таблиц 1-3 также следует, что значения поверхностной энергии твердого тела σтп и межфазной энергии σтр зависят от смачивающего данное тело, расплава. Поверхностная энергия одного и того же твердого тела, измеренная в присутствии расплава и в его отсутствии никогда не будут совпадать между собой, так как паровая фаза расплава и сам расплав оказывают существенное влияние на поверхностную энергию твердого тела. Требовать совпадений величин, измеренных в совершенно разных условиях некорректно. Считаю необходимым подчеркнуть, что уравнение Юнга характеризует равновесие именно между тремя фазами совместно и одновременно, а не одну или двух фаз в отдельности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Дохов М.П. Новый вариант термодинамической оценки межфазной энергии на границе раздела твердое тело-расплав //Ред.журн. Известия вузов. Физика. Томск. 1987-12с. Деп. в ВИНИТИ 23.03.87г. № 2959-В.87.
  2. Humenik M., Kingerу W.D. Metal-Ceramic Jnteractions: III. Surface Tension and Wettability of Metal-Ceramics Sestems J. Amer.Cerm. Sci.1954.V.37, №.Р.18-23.

Библиографическая ссылка

Дохов М.П. МЕЖФАЗНАЯ ЭНЕРГИЯ НА ГРАНИЦАХ ТВЕРДАЯ ФАЗА-РАСПЛАВ И ТВЕРДАЯ ФАЗА- ПАР НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛО-КЕРАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 8. – С. 50-51;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3569 (дата обращения: 15.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074