Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

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

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

                               (1)

.             (2)

Здесь σ_рп - 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 σ_тр/σ_рп, σ_тп/σ_рп, σ_тп/σ_тр 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 σ_тр и σ_тп через экспериментально измеряемые величины σ_рп 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 σ_тр и σ_тп для некоторых металло-керамических систем.

Вычисленные значения σ_тр и σ_тп представлены в таблицах 1-3. Экспериментальные данные θ заимствованы из [2], а значения σ_рп - 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 σ_тр и σ_тп

.                                 (3)

Из таблиц 1-3 видно, что для систем с θ > п/2, σ_тп < σ_тр. . При θ < п/2, σ_тп > σ_тр . Если θ = п/2, то σ_рп = σ_тр = σ_тп.

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.

Таблица 2

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

Из таблиц 1-3 также следует, что значения поверхностной энергии твердого тела σ_тп и межфазной энергии σ_тр 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.