聊城大学《材料物理化学》第四章总

,第四章表面与界面,材料学院,本章着重介绍粘土水系统粘土为许多无机非金属材料的原料，在陶瓷原料中，粘土是重要的组成原料或辅助原料粘土水系统在无机材料，尤其是硅酸盐工业中，具有非常重要的地位,胶体概述,1、胶体的定义：(1)胶体：胶体是由物质的三种状态所组成的高度分散的物系(2)高度分散物系：一种或几种物质以极微小的粒子分散在另一种物质中所组成的物系,(3)分散相与连续相：分散物系中被分散的物质称为分散相(分散物质、分散内相、分散质)，分散其它物质的介质称为连续相(分散介质、分散外相、分散剂)(4)特点：高度分散性及多相性为分散物系的特点聚结不稳定性、流变性,2分散物系的分类：a、真溶液：粒子f，,10,FfD，Ff，af/DF/D，D时a其中a称为表观粘度实例为：新拌的混凝土,2、塑性流体：应力超过某一最低值才开始流动。随剪切应力增加，粘度相应增加；直至剪切应力达一定值后，物料发生牛顿型流动,(1)特点：低剪切速度下高粘度；高剪切速度下低粘度FfN时，FfBD实例：油漆、油墨、泥浆等,15,3、假塑性流体：类似于塑性流体，但无屈服值流动特点：表观粘度随切变速率增加而降低实例：高聚物溶液、淀粉浆等,4、膨胀型流体与假塑性流体相反。搅拌时变得占稠，而停止搅拌后又恢复原来的流动状态流动特点：表观粘度随切变速率增加而增加,实例：一些非塑性原料，如氧化铝、石英粉的浆料,1明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。2重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。,第二节粘土水系统的荷电性,粘土胶体并非指干粘土，而指粘土水两相系统粘土粒子一般为片状；粘土中的水：吸附水结构水吸附水：吸附在粘土矿物层之间，约100200可脱去，对粘土水系统很重要；结构水：以OH基形式存在于粘土晶格中，400600脱去,20,粘土的荷电性,分散在水中的粘土颗粒在电流影响下(电场作用下)会向阳极移动，说明粘土(Clay)颗粒带负电荷1809年卢斯(Luse)发现,一段时间后，正极管：粘土微粒透过细沙层逐渐上升，水变浑浊，水层逐渐下降；负极管：水不浑浊，但水面逐渐上升。实验结果：粘土颗粒带电，在外电场作用下向正极移动。,一、粘土电荷种类1、负电荷A、粘土所带负电荷主要由粘土晶格内同晶置换所产生B、粘土负电荷还可以由吸附在粘土表面的腐植质离解而产生（随pH值改变，碱性环境有利于H离解产生更多负电荷）,粘土组成：硅氧四面体构成的层状结构硅酸盐，部分硅被铝取代形成铝氧八面体,同晶置换：部分硅氧四面体中的硅(四价)被铝(三价)取代，部分铝氧八面体中的铝(三价)被镁、铁等(二价)取代，从而产生剩余负电荷,棱边与板面：在层状结构硅酸盐中，以共价键联结的原子层层面称为板面(垂直于C轴)，而原子层面中断的边沿称为棱边,层状硅酸盐结构的板面和边面,电荷分布：大部分负电荷分布在层状硅酸盐的板面(垂直于C轴)板面上的负电荷可以依靠静电引力吸引一些介质中的阳离子以平衡,2、两性电荷粘土颗粒在一定条件下也可以带正电荷。棱边为层状结构的断裂处，棱边上存在的活性破键(悬键)在不同的介质中接受或释放质子(H)而带电荷因此，粘土颗粒所带的正电荷主要分布在棱边上,实验证明：高龄石的边面在酸性条件下由于从介质中接受质子而带正电荷高龄石边面电荷可随介质pH而变化，呈两性电荷,30,3、净电荷（综合电性）粘土的正负电荷的代数和为粘土的净电荷。板面上电荷通常被其它正离子抵销，但在溶液中易发生离解而显现出板面的负电荷，棱边局部的正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷,粘土颗粒的荷电性是其具有一系列胶体化学性质的主要原因之一,第三节粘土的离子吸附与交换,粘土颗粒由于破键、晶格内类质同晶置换和吸附在粘土表面腐殖质离解等原因而带负电。因此，它必然要吸附介质中的阳离子来中和其所带的负电荷，被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大价数高的阳离子所交换，即粘土的阳离子交换性质,一、粘土的阳离子吸附与交换1、阳离子吸附：由于粘土带负电荷，因而必然要吸附介质中的阳离子以达到电中性,2、阳离子交换：粘土上被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大，电价高的阳离子交换下来,35,对Ca2而言是由溶液转移到胶体上，是离子的吸附过程。对被粘土吸附的Na转入溶液而言是解吸过程。吸附和解吸的结果，使钙、钠离子相互换位即进行交换。由此可见，离子吸附是粘土胶体与离子之间相互作用。而离子交换则是离子之间的相互作用。,3、离子交换特点：(1)、同号离子相互交换(2)、离子以等当量进行交换(3)、交换和吸附是可逆过程(4)、交换不影响粘土本身结构,离子交换在化工生产、湿法冶金等过程的净化除杂上有广泛应用,4、离子交换容量CeC：(1)定义为pH=7时，100g干粘土所吸附离子的mg或mmol当量数由于阳离子交换容量通常代表了粘土在一定pH条件下的净负电荷数，各种粘土矿物交换容量数值相差巨大；故可通过测定粘土阳离子交换容量鉴定矿物组成。,(2)、影响因素：A、矿物组成：疏松与否、同晶置换多少B、粘土粒度：比表面积及棱边破键数C、有机质数：影响电荷数D、溶液PH：影响棱边释放/吸收质子数从而影响粘土净电荷E、离子浓度：影响离子与粘土的撞击几率,40,5、离子吸附顺序：离子吸附顺序主要取决于粘土与离子间作用力大小影响粘土与离子间作用力大小的因素主要是电荷数及其水化半径(阳离子的表观大小),不同电价：M3M2M(H例外)相同电价：R小水膜厚距离增大(水化半径大)吸引力下降吸附顺序为：（离子价效应、离子水化半径）HAl3+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+Li+H：容积小，电荷密度高,6、吸附发生位置：阳离子吸附在板面及棱边上进行,二、粘土的阴离子吸附与交换由于粘土棱边带两性电荷，一定条件下可以发生阴离子吸附及交换。,阴离子吸附的特点：(1)、阴离子吸附在棱边上进行(2)、吸附量随PH增加而降低(3)、若阴离子形状与粘土棱边结构相适应则吸附牢固,45,阴离子吸附顺序：OHCO32P2O74IBrClNO3FSO42,第四节黏土水系统的电动性质,粘土粒子的水化：起源水为极性分子粘土粒子带电,1.板面同晶置换带负电；2.吸附腐殖质的分解；3.边面：破键、悬键。,故：粘粒电场范围内水分子与纯水不同。,一、粘土与水的作用1、氢键联结：粘土晶粒表面上O/OH与H2O以氢键键合，继而发生第二层氢键键合，直至水分子的热运动足以克服氢键的键合,键力逐渐减弱，直至水分子热运动足以克服键力,氢键：水分子基团上的H核外无电子，容易受到另一个电负性较大的原子（离子），如：O、F等的吸引而形成较强的相互作用,Clay,O,O,H,H,O,O,H,H,H,O,H,H,O,H,H,2、静电作用：粘土颗粒表面附近存在静电场，使极性水分子定向排列。水分子的正电荷中心向着粘土。,Clay,E,极性水分子定向排列,r增大、定向程度减小,自由水无定向,50,3、阳离子水化：粘土颗粒表面的交换性阳离子发生水化,5/2/2020,53,水化阳离子水化膜厚度：同价离子，离子半径因素：LiNaK异价离子，离子价因素：高价离子表面电荷密度更高，静电引力越大，水化分子数越大,同价离子，定向排列水分子量相同，体积效应,交换阳离子影响粘土表面水化的方式1.本身的水化，即本身具有水分子的外壳。2.与水分子竞争，键接到粘土晶体的表面，并倾向于破坏水分子的结构。,干蒙脱石暴露在水蒸汽中时，水在晶层间凝结，引起晶格膨胀，第一层吸附能很高，以后的水层吸附能迅速降低。表面水为多层的，水分子与粘土表面O以H键相连，水分子彼此也通过H键连接为六角环，以后的水层照此继续，H键强度逐渐减弱，直至被热运动抵消。,粘土蒙脱石表面水化示意图,故：以上原因使粘土表面吸附着层层定向排列的水分子，极性分子依次重叠，直至水分子热运动足以克服上述引力作用粘土粒子与阳离子水分子共同构成粘土胶团,粘土矿物中水分子的存在形式：,1.结晶水：矿物晶体构造的一部分例：铝氧八面体中的OH层。2.吸附水（结合水）：极性水分子带电粘土表面水化膜3.自由水：存在于粘土颗粒的孔隙、孔道中，不受粘土束缚，自由运动。,分子间力，静电引力,55,吸附水（结合水）类型：A、牢固结合水：吸附水膜，310水分子厚。,这部分水与粘土颗粒形成一个整体，一起在介质(电场中）中移动,B、疏松结合水：扩散水膜吸附水膜外定向程度较差的水C、自由水：松结合水外不受粘土颗粒影响的水。,6、结合水量的影响因素：(1)、矿物组成：影响粘土电荷而影响所形成的电场及水化作用强弱。,(2)、粘土分散度：粘土颗粒的棱边面积及比表面积比如：高岭石：粒度越细，边面越多，结合水量越大；而蒙脱石、蛭石的结合水量与粒度关系不大。,(3)、吸附的阳离子种类：1.粘土结合水量与粘土阳离子交换量成正比2.对于相同阳离子：离子价离子半径因素A、对异价离子：一价二价三价B、对同价离子：离子半径大水化半径小吸附水量少例：以100gNa土和Ca土为例，其吸附容量分别为23.7和18.0,60,离子价效应,离子半径效应,Clay,Li+,Clay,Na+,Na+,Na+,Clay,Ca2+,Ca2+,76.2水分子/Ca2,175水分子/Na,Ca,水化,1.2nm,1.7nm,Ca蒙脱石：晶格膨胀,Ca,Na,Na蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离,因此，为了提高粘土（如膨润土）的水化性能，一般需将其水化，使钙膨润土变为钠膨润土,不同交换阳离子引起水化程度不同的原因：粘土单元层间的作用力：1.层间阳离子水化产生的膨胀力及层（带负电荷）间的斥力。2.粘土单元：晶层层间阳离子晶层之间的静电引力,钙土：晶格膨胀静电引力大于晶层间斥力钠土：晶层分离晶层斥力大于静电引力粘土渗透膨胀，形成扩散双电层双电层斥力导致晶层分离,65,固体与液体接触，除了润湿、铺展和吸附外，还可呈现出带电现象，使固液界面出现特殊的双电层结构。界面带电后具有特殊性质，可在外电场作用下，使固液界面发生相对位移，从而导致电位或电流的产生，即动电现象。,二、粘土胶体的电动电位,胶体带负电周围必然分布水化正离子以保持整个分散体系电中性双电层双电层中的正离子,1、胶体的动电性质：在电场作用下，胶体中固体颗粒相对于液相作相对移动时表现出来的电学性质称为胶体的动电性质流动电位、沉降电位,2、电位：在外电场作用下，粘土质点及吸附牢固的水化阳离子向阳极移动，此层称为吸附层。另一部分水化阳离子却向阴极移动，称为扩散层,吸附层（）、扩散层（）所带电荷相反，电位不同，相对运动时存在电位差，称为动电电位或称为-电位(即吸附层表面与扩散层外整体的电位差),70,3、电位：质点表面与扩散层总电位差称为热力学电位差或-电位（或E表示）显然：或E,介质中，粒子移动时，吸附层随胶粒一起移动，滑动面在吸附层与扩散层之间。,4、阳离子对电位的影响：A、-电位与阳离子浓度有关，-电位随扩散层厚度减小而减小任何电解质的加入均会影响-电位。电解质具有压缩双电层作用：电解质阳离子浓度越易扩散进入吸附层机会胶粒净负电荷扩散层变薄-电位,75,双电层厚度d越小，-电位越小。故：随电解质浓度C增加，双电层厚度d下降，-电位下降,B、一般有高价阳离子或大有机离子存在时，d有可能小于吸附层厚度，发生-电位变号(此时，阳离子被强烈吸附到吸附层之内）,部分电解质被胶粒强烈吸引，进入吸附层,扩散层阳离子全部进入吸附层,C、阳离子种类的影响：离子半径效应：对同价离子，离子半径大，对应水化离子半径小，双电层厚度薄，电位下降快，-电位小,离子价效应：M3M2M（H2O除外）阳离子价态越高对粘土表面负电荷的抵消越多双电层厚度越薄-电位越低,80,动电电位的计算公式：,其中为动电电位，为表面电荷密度，d为双电层厚度，D为介质介电常数,5/2/2020,84,三、粘土的胶团结构胶团胶粒(胶核吸附层)扩散层胶核附近静电引力强，空隙小，阳离子水化程度低,5/2/2020,85,胶核：粘土质点本身，带负电荷吸附层：围绕胶核的定向偶极水分子及水合阳离子，水胶核在介质中移动扩散层：吸附层之外，阳离子浓度及粘土负电荷逐渐递减的扩散层,5/2/2020,86,粘土的胶团结构,例：仅由晶格取代引起的钠微晶高岭土的胶团结构：,总结,胶体粒子的带电情况、双电层结构及理论是从静态角度考虑；而从动态角度考虑在外场作用下带电粒子的情况：在外电场下或外力作用下使粘土固液两相发生相对运动的现象称为电动现象，而所有的电动现象都与电位直接相关，如粒子在外场作用下的移动速度等，因此学习电位对深入学习胶粒的电动现象有着十分重大的指导意义。,2020/5/2,88,第五节粘土水系统的胶体性质一、泥浆的流动性和稳定性,流动性：粘度小流动性好流动度1/,稳定性:长时间保持初始流动度1.沉降稳定性：重力分散相颗粒下沉速度小稳定性好2.聚结稳定性:分散相颗粒自动聚结变大（降低分散度聚结不稳定,2020/5/2,89,沉降稳定性的影响因素：分散相离子大小、分散介质粘度及分散相和分散介质的密度差动力学实验证明：胶体是动力稳定体系，具有较高的沉降稳定性。因此，讨论粘土的稳定性，主要考虑其聚结稳定性粘土水分散体系：粘土颗粒的分散与聚结相互转化泥浆性能发生变化本质,2020/5/2,90,聚结稳定性的影响因素：1.双电层斥力粘土颗粒聚结合并前，必然要移动，随粘土颗粒一起运动的仅为吸附层的阳离子。电位表征了实际负电荷的多少。电位颗粒间斥力越大难以聚结聚结稳定性好2.吸附溶剂化层的稳定作用吸附固液界面表面能阻止聚结水化膜粘度、弹性妨碍胶粒聚结,（水分子定向排列）,2020/5/2,91,Zeta电位的测量表征对粉体，胶体体系的评价有重要意义。,=1.2mv,=-24.8mv,=-63.6mv,Zeta电位表征分散体系稳定性，加入改性剂形成双电层，双电层斥力降低粒子团聚的引力，实现超微细粒子均匀分散。,超细TiO2,超细TiO2,水分散,乙醇分散,乙醇六偏磷酸钠,2020/5/2,92,1、无机材料制备中对泥浆的要求（如注浆成型工艺）含水量低：孔隙少，收缩率小流动性好：减小粘度稳定性高：电位高,2020/5/2,93,在实际的泥浆系统中，通过引入减水剂(碱性电解质)，在降低水量的同时，提高系统的流动性(减小粘度)和稳定性(提高动电电位)。,2020/5/2,94,电解质加入量14,高岭土中加入NaOH,H高岭土流变曲线,剪切力,速度降,1,2,3,4,x=0,x=0.002mol,x=0.02mol,x=0.2mol,屈服值流动性,2020/5/2,95,电解质加入量,粘度,高岭土中加入NaOH,泥浆稀释曲线,2020/5/2,96,系统粘度随电解质的加入量增加而出现一个极小值。加入电解质，粘土在介质中分散泥浆稀释（胶溶）。过多电解质，粘土粒子聚集变粘泥浆增稠（絮凝）。,2020/5/2,97,2、电解质对粘度的影响粘土为层状结构，片状粘土颗粒在介质中由于板面、边面所带的电荷不同必然表现出不同的结合方式。在泥浆中其结合形式可分为：,2020/5/2,98,边面结合：静电引力高粘度,边边结合：静电引力高粘度,面面结合：无吸引状态低粘度,产生流动阻力,2020/5/2,99,泥浆胶溶的条件：流变学观点：只有面面结合可以降低粘度；欲使泥浆在相同含水量下粘度降低，则需拆开泥浆内部的边面、边边结合因此，需要具备的条件为:,2020/5/2,100,(1)、碱性介质：只有在碱性条件下棱边、板面均带负电荷，保证不发生结合。酸性条件下，棱边带正电荷，易与带负电荷的板面形成结合；弱碱性和中性条件下，棱边局部带正电荷，易形成边面结合与边边结合。（尤其是高岭石）,2020/5/2,101,(2)、碱金属离子存在以交换原吸附离子：欲分散，需使粒子间有足够的排斥力及溶剂化膜其中f为排斥力；为动电电位；1/K为扩散层厚度,Eiter：,2020/5/2,102,碱金属离子作用的两个方面：A、对电位的影响：MM2M3，自然界：Ca土、Mg土等为主所以碱金属离子须置换粘土中Ca2、Mg2电位增加（离子价效应）B、随M增加，1/K下降，电位下降。（阳离子加入压缩双电层作用）,2020/5/2,103,因此，M正好完全置换M2时最佳；粘土充分胶溶，粘度最低；高电位及厚扩散层的Na黏土具备了胶溶稳定的条件。,(3)、阴离子作用：,阴离子与原粘土上阳离子形成稳定络合物或不溶物，则碱金属离子的交换反应更趋完全。完全交换的途径：增加M浓度，但易絮凝；选择适合的阴离子。,2020/5/2,105,聚合阴离子在胶溶过程中的特殊作用：硅酸盐、磷酸盐及有机阴离子在水介质中发生聚合，易牢固地吸附在棱边上，棱边带正电时起中和作用，棱边带负电时以物理吸附增加负电荷。结果使净负电荷增加，增加粒子间排斥力，使其充分分散。,2020/5/2,106,比如：硅酸盐工业中有机无机复合物被广泛作为胶溶剂：如：木质素璜酸钠，聚丙烯酸酯，芳香醛璜酸盐等,2020/5/2,107,二、泥浆的触变性1、触变性胶体系统当搅拌或振荡时，内部结构能暂时被破坏，但静止后能够再恢复原来结构，这种性质称为触变性。,2020/5/2,108,泥浆的状态可以分为：稀释流动态、稠化凝聚态以及介于二者之间的中间触变态。,*为触变态：似是而非,2020/5/2,109,凝固态流动态向凝固态的转变是逐渐进行的，非突跃性的变化，并伴随着粘度的变化。触变是介于分散和凝絮之间的中间状态,2020/5/2,110,2、触变产生的原因Hoffman模型Hoffman模型又称为“纸牌结构”或“卡片结构”,2020/5/2,111,A、泥浆胶溶：粘土颗粒的活性边面正电荷被中和而使颗粒间相互排斥而分散。面面结合B、不完全胶溶：少量正电荷未被中和，棱边负电荷不足以排斥板面负电荷而聚集。结果：形成局部边面、边边结合,2020/5/2,112,高岭石触变结构示意图疏松网架结构,六角片状粒子,三维网络架状,空隙包裹大量自由水,局部边边（面）结合,2020/5/2,113,Hoffman模型：不完全胶溶的体系中，局部边-面/边-边聚合组成三维网络，包裹大量自由水的结构，使得体系变得粘稠(高粘度)；边面斥力稍加剪切力即可破坏三维网络，释放自由水，体系变得稀释而恢复流动性；边面引力静止后，重新生成网络结构在变化中，动力学因素结构重建需要一定、时间过程。,2020/5/2,114,3、触变影响因素A、泥浆含水量：水多胶粒间远边面引力小胶粒定向性弱不易形成触变结构；反之，在胶溶泥浆的含水范围内，泥浆越稠，粒子相互接触，越易形成触变结构。,2020/5/2,115,B、粘土矿物组成：矿物结构遇水膨胀，水的渗入有两种方式：水渗入颗粒间（高岭石、伊犁石）水渗入单位晶格间。蒙脱石等具有两种形式的水化膨胀，遇应力破坏时释放的水多，静止时“消耗”的水亦多，触变明显。,2020/5/2,116,C、粘土胶粒大小及形状：粘土胶粒细小活性边面多易形成触变结构；粘土胶粒形状不规则形成卡片结构时需要的颗粒数少易形成触变结构。,2020/5/2,117,D、电解质种类及数量：触变效应与吸附的阳离子及吸附离子的水化有关。吸附阳离子电价低、半径小粘土的结合水多触变性下降,临界Zeta电位,粘土胶粒-电位,略高于,高于,聚沉,稳定,触变性（静止：边面吸引，卡片结构）,2020/5/2,118,E、温度：温度热运动（布朗运动）颗粒间联系触变性,5/2/2020,119,三、粘土的可塑性,1.粘土的可塑性是对泥团系统而言：粘土水(一定比例)泥团,产生可塑性的原因:,一般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使泥料聚在一起，由于这种力的作用范围很小，稍有外力即可使泥料开裂。要使泥料能塑成一定形状而不开裂，则必须提高颗粒间作用力，同时在产生变形后能够形成新的接触点，基于这种认识，有过种种关于泥料塑性的产生机理。,(1)固体键理论,可塑性是由于粘土水界面键力作用的结果。粘土和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不仅通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此联结成六角网层。随着水量增加，这种结合力减弱，开始形成较不规则排列的松结合水层。它起着润滑剂作用，虽然氢键结合力依然起作用，但泥料开始产生流动性。当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动状态过渡。,因此对应于可塑状态，泥料应有一个最适宜的含水量，这时它处于松结合水和自由水间的过渡状态。,(2).紧薄膜理论,在水存在时，颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影响。认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，一是粒子间的吸引力；另一种是带电胶体微粒间的斥力。由于在塑性泥粒中颗粒间形成半径很小的毛细管（缝隙），当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管时，毛细管力大于粒子间的斥力，颗粒间形成一层张紧的水膜，泥粒达到最大塑性。当水量多时，水膜的张力松弛下来，粒子间吸引力减弱。水量少时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。,(3).胶团与介质，胶团与胶团之间的静电引力,可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换性阳离子的种类而变化的。当两个颗粒逐渐接近到吸附层以内，斥力开始明显表现出来，但随着距离拉大，斥力迅速降低。当引力占优势，它吸引其它粘土粒子包围自己而呈可塑性。当斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过阳离子交换来调节粘土可塑性。,2020/5/2,125,2、粘土中颗粒间作用力,粘土中颗粒间吸引力：范围为20埃左右,引力,斥力,1.范德华力2.局部边面的静电引力3.毛细管力。其中毛细管力为最主要的作用力,2020/5/2,126,粘土中颗粒间斥力：范围为200埃左右,粘土表面带电荷,静电斥力,Clay,Clay,同性相斥,2020/5/2,127,颗粒间力的平衡：吸引力和排斥力均随颗粒间距离而变化。在某一适当距离，两力达到平衡。受外力作用时，合力线向上移动，颗粒间距离改变。,2020/5/2,128,外力去除后，在吸引力作用下颗粒间距离恢复原状(对应于弹性变形),弹性变形,2020/5/2,129,外力较大：颗粒间发生相对位移在新位置上重新形成吸引力外力去除颗粒在新位置形成平衡(塑性变形),塑性变形,2020/5/2,130,外力很大颗粒间距离超出吸引力范围只有排斥力作用:泥团断裂,2020/5/2,131,2020/5/2,132,2020/5/2,133,由于泥团中吸引力主要来自毛细管力，颗粒间的水膜起到关键的作用。连续水膜能否维持是决定其塑性的主要因素。,2020/5/2,134,所以：,水量太小,毛细管力,水量太大,水膜太厚,颗粒间距,合力：斥力或无吸引力,水膜中断,2020/5/2,135,3、影响泥团可塑性的因素(1)、矿物组成：矿物组成不同比表面积悬殊毛细管力相差很大可塑性不同蒙脱土球土耐火粘土瓷土,2020/5/2,136,(2)、电解质（吸附或交换阳离子）：由于吸附离子直接影响颗粒间水膜厚度及吸引力，因而对可塑性影响很大。吸引力大克服吸引力位移所需力大屈服点高塑性强弱次序同：阳离子交换顺序此外、提高阳离子交换容量也会改善可塑性,2020/5/2,137,(3)、颗粒细度及形状：颗粒细比表面积大毛细管半径小成型水分高塑性增强；对不同形状颗粒（板状、短柱状）比表面积大毛细管力大塑性增高。如片状颗粒因具有定向沉积特性，可以在较大范围滑动而不致相互失去联结，因而比粒状颗粒常有较高可塑性。,2020/5/2,138,(4)、含水量影响：粘土只有在含水量为一定范围内才表现出可塑性，水多则颗粒间距离远，吸引力小；水少则水膜不连续，易断裂。表现出塑性好的则其含水量较高,2020/5/2,139,(5)、介质表面张力：表面张力大吸引力大塑性好：工作性能(屈服值最大变形)13.3105,水,表面张力大,最好的液体介质,水膜,2020/5/2,140,(6)、其它：添加剂、有机质、颗粒方向性、处理工艺等也都有一定影响,2020/5/2,141,总结：可塑性是粘土泥团的非常重要的工艺性能，对于坯体的成型均匀有着非常重要的意义，而决定泥团可塑性的重要因素是颗粒间连续水膜的存在与否。,5/2/2020,142,第七节瘠性料的悬浮与塑化,在陶瓷原料中，粘土的加工性能好，但天然原料的成分波动大，不利于成分的准确控制。化工原料纯度高、杂质少，能准确控制坯料成分从而调整提陶瓷的机、电、热、光等性能,5/2/2020,143,化工原料中有许多都属于瘠性料。因而，使用瘠性料（氧化物及其他化学试剂）来制备材料是提高材料性能的必由之路,2020/5/2,144,瘠性料是指原料颗粒水化能力差（亲水性差）、缺少吸附水膜，其泥浆系统分散性和稳定性差、泥团系统可塑性差的原料。如Al2O3粉末、ZrO2粉末等因此，解决瘠性料的悬浮和塑化是获得具有优异性能材料的重要方面。,2020/5/2,145,瘠性料的悬浮是对泥浆系统而言，即形成稳定的分散体系瘠性料的塑化是对泥团系统而言，即提高泥团的可塑性,2020/5/2,146,一、瘠性料的悬浮瘠性料悬浮的途径：(1)、控制料浆的PH值(调PH法)(2)、通过有机表面活性物的吸附(表面活化法),5/2/2020,147,1、调PH法适用范围：两性物质粉料。该类物料在酸性及碱性下能胶溶，中性时絮凝.(酸性溶液中),中性,(碱性溶液中),2020/5/2,148,如：电子陶瓷生产中常用原料：Al2O3，BeO，ZrO2等无塑性必须处理方能制成稳定悬浮浆料，满足成型性要求,2020/5/2,149,例：Al2O3的悬浮Al2O3是刚玉瓷的主要原料。通过调节PH（014范围），其-电位出现两次极值对应于粘度达到最低胶溶效果最好。,2020/5/2,150,Zeta电位极值,粘度最小,胶溶效果最好,2020/5/2,151,理由：(1)、酸性条件下：水溶性的三氯化铝在溶液中发生水解产生OH，逐级离解：,2020/5/2,152,由于结构相似，Al2O3胶粒优先吸附AlCl2及AlCl2而带正电荷，然后吸附OH形成胶团,Al2O3,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,-,-,胶团,2020/5/2,153,A、当PHHClCl进入吸附层取代OHCl水化能力强，水化膜厚进入吸附层离子个数、留在扩散层个数胶粒正电荷和水化膜(扩散层）厚度-电位粘度胶溶