无机材料科学基础：第五章 表面与界面

1、相界：任何两种不同物相间的界面，如固-气、固-液表面：一个相和它本身蒸汽（或真空）相接触的分界面。界面：一个相和另一个结构不同的相接触时的分界面。固体材料中的界面则主要是指具有不同组成或结构的两固相间的相界或多晶材料中相同化学组成与结构的晶粒间的晶界。第 五 章 表 面 与 界 面在固-固界面中还可以分为晶界和相界面：晶界:结构相同而取向不同的晶体相互接触时，其相互接触的界面称为晶界。相界面:如果相邻晶粒不仅取向不同，而且结构成份也不同（即代表不同的二个相），则其相互接触的界面称为相界面。固体表面的特征1、固相表面的不均一性（1）由于晶体是各向异性的，因而同一个晶体可以有许多性能不同的表现。（

2、2）同一种固体物质由于制备和加工条件不同也会有不同的表现性质。（3）实际晶体的表面由于晶格缺陷，空位或位错，而造成表面的不均一性。（4）由于表面会吸附外来原子而引起固体表面的不均一性。 固体表面的不均一性，使固体表面的性质悬殊较大，从而增加了固体表面结构和性质研究的难度。 由于固体表面质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力场。 在晶体内部，质点处在一个对称力场中。但在晶体表面，质点排列的周期性重复中断，表面上的质点一方面受到内部质点的作用，另一方面又受到性质不同的另一相中物质分子（原子）的作用，使表面质点的力场对称性被破坏，表现出剩余

3、的键力，这就是固体表面力的来源。 表面力可分为：范德华力、长程力、静电力、毛细管表面力、接触力等。 2、表面力场 （1）范德华(van der Walls)力：一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。主要来源于三种不同效应： a）定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间。 b）诱导作用。主要发生在极性分子与非极性分子之间。 c）分散作用。主要发生在非极性分子之间。 对于不同物质，上述三种力都会存在，只是哪一种强弱的问题。（2）长程力：它是二相之间的分子引力通过某种方式加合和传递而产生的，本质上仍是范德华力。 （3）静电力：在二相表面间产生的库仑作用力。一个不带电的颗粒，只要

4、它的介电常数比周围的介质大，就会被另一个带电颗粒吸引。 （4）毛细管表面力：在二个表面间存在液相时产生的一种引力。粉体表面吸水并产生毛细管力，会立即粘结成块。 （5）接触力：短程表面力也称接触力，是表面间距离非常近时，表面上的原子之间形成化学键或氢键。 表面力对材料工程有重要影响：石墨浆料 陶瓷烧结5-1 晶体表面的形貌与结构5.1.1 晶体表面的形貌晶体的各向异性：不同晶面上原子的密度、配位数及键角不同，因而不同晶面的吸附性、生长、溶解度及反应活性各不相同。暴露在外的晶面一般是表面能较低的密排低指数晶面。邻位面：表面略微偏离低指数面的晶面粗糙面：远离低指数面的晶面平台：密排低指数晶面，其取向

5、和完整的密排低指数面的取向一致。晶体表面对密排低指数面的偏离通过平行于密排方向的台阶以及沿台阶的扭折来实现。偏离的大小和方向则通过改变台阶或扭折的密度来调节。结晶面、表面原子密度及邻近原子面不同结晶面上吸附性、晶体生长、溶解度及反应活性不同的原因 5.1.2 晶体表面的结构微观（原子尺度的超细结构）和宏观（表面几何状态）（1）晶体表面的微细结构（离子晶体） 实际表面：表面力。液体会通过形成球形来缩小表面积，降低表面能；晶体的质点不能自由移动，只能借助离子极化、变形、重排并引起晶格畸变来降低表面能。 维尔威（Verwey）晶体表面结构学说: 新形成的理想表面由于周期性重复排列中断而具有很高的表面

6、能，体系不稳定，通过自发地变化，来降低能量而趋于稳定。表面质点自行调整，原子排列情况与材料内部明显不同依靠表面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附或两者相互作用低指数面露在外面表面质点局部位移驰豫表面示意图 表面驰豫：晶体结构基本相同，但点阵参数略有差异，特别是反映在平行于表面几个原子层间距的变化，即所谓的法向驰豫，引起晶面上原子在法线方向上发生收缩或膨胀。表面原子的堆积密度越低，弛豫效应越大。重构表面示意图 表面重构：使得表面结构与内部结构发生差异，在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同。表面原子迁移，形成新的表面基元结构。驰豫：表面质点通过电子云极化变形来降低表面能的过程。极

7、化变形，降低表面能离子重排，进一步降低表面能 表面离子重排结果： 正离子的配位数下降，6 5； 表面形成厚度为0.02nm的双电层； 晶体表面好象被一层负离子所屏蔽。金属表面双电层示意图偶极子 MgCO3分解形成的MgO颗粒之间的排斥； 半径不同的负离子与正离子形成的颗粒的性质不同（双电层厚度、硬度）： 极化率愈大，变形愈大，表面能下降愈多，其程度主要取决于离子极化性能。表面效应：最外层的双电层对次内层发生作用，并引起内层离子的极化与重排，这种作用随着向晶体内部推移而衰减。可以达到的深度与阴、阳离子的半径差有关。如NaCl半径差大可延伸到第5层，小的23层。粉体：形成许多新表面，而表面层离子的

8、极化变形和重排使表面晶格畸变，有序性降低。当细化到一定程度时，使表面无定形化，不仅增加了粉体活性，而且由于双电层使表面荷电而容易引起磨细的粉体又重新团聚。因而在提高微细粉体表面活性的同时又防止粉体团聚将又是一个与表面化学和物理有关的研究课题。5.1.3 晶体表面的缺陷 从图中可以看出，由于固体表面存在低晶面指数的平台（Terrace）、单分子或单原子高度的台阶（Ledge）、单分子或单原子尺度的扭折（Kink）、空穴和吸附原子等缺陷，使固体晶体表面的不同部位能量不均匀，这将导致固体的表面吸附与表面化学反应等过程的不均匀性 吸附物理吸附：范德华力；多层；无选择性；可逆；化学吸附：化学键力；单层；

9、选择性；不可逆；表面成分偏析位错线：易在表面露头5.1.4 实际晶体表面表面粗糙度 固体的实际表面是不规则和粗糙的. 即使完整解理的云母表面也存在着2100nm，甚至200nm的台阶。 表面粗糙度会引起表面力场的变化（色散力和静电力），表面力场不均匀；固体的比表面积，内、外表面积比值以及与之相关的属性，如强度、密度、润湿、孔隙率、透气性等；材料连接时的啮合与结合强度。表面微裂纹 微裂纹会使应力集中，起着应力倍增器的作用，对材料强度影响显著。 葛里菲斯（Griffith）材料断裂应力与微裂纹长度的关系式： 高强度材料，弹性模量和表面能大， 微裂纹尺寸应小。 表面处理-压应力状态 固体表面的各种性

10、质不是其内部性质的延续。由于表面吸附，内外性质相差很大。 金属：表面被一层氧化膜所覆盖。如铁在570以下形成Fe2O3/Fe3O4/Fe的表面结构，表面层为高价氧化物，次层为低价氧化物，最里层才是金属； 非氧化物，如SiC、Si3N4：表面也有一层氧化物； 氧化物，如氧化铝：表面被OH一基所覆盖。 因此，为研究真实晶体表面结构或一些高技术材料制备的需要，欲获得洁净的表面，可用真空镀膜、真空劈裂、离子冲击、电解脱离及蒸发或其它物理化学方法来清洁被污染的固体表面。面缺陷：一块晶体常常被一些界面分隔成许多较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界面附近存在着较严重的原子错排。平移界面和

11、孪晶界面(1)表面:在晶体表面，垂直于表面方向上平移对称性被破坏，是一种面缺陷。 单晶体 多晶体(2)晶界内部晶体位向完全一致包含许多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向却不相同。5-2 晶体中的平移界面与孪晶面5.2.1 平移界面：堆垛层错、反相畴界、结晶切变面六方密堆积：ABABAB 密排面(0001)金属锇、铱等等径球体的最紧密堆积立方密堆积：ABCABCABC 密排面（111）金属Cu、铂等堆垛层错：晶体的密排面按正常顺序堆垛时引入反常顺序堆垛所形成的，常见于紧密堆积结构及层状结构的晶体中。抽出型层错插入型层错特点：不改变层错处原子的配位数、键

12、长和键角，只改变原子的次临近关系，晶格几乎不发生畸变，具有较低的界面能量。通过多种物理过程形成空位-填隙原子 按溶质原子分布不同有序固溶体无序固溶体各组元质点分别按照各自的布拉维点阵进行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称超点阵或超结构。各组元质点分布是随机的、无规则的有序固溶体有序固溶体无序固溶体无序固溶体(1) 晶格畸变置换固溶体导致的晶格畸变(2) 微观不均匀性固溶体中溶质原子分布示意图a) 完全无序；b) 偏聚；c) 部分有序；d) 完全有序 固溶体从无序到有序的转变过程中是通过形核和逐渐长大的进行的。其中，核是短程有序的微小区域，当合金缓冷经过临界点Tc时，多个核心

13、慢慢独自长大，并相互接壤，这些区域内部原子排列都是有序的，称为“反相畴”。 反相畴相互接壤处原子排列违反有限排列规则，形成一个明显的分界面，这个界面称为“反相畴界”。反相畴与反相畴界两个有序畴同时成长相遇时形成的反相畴界 使界面两侧近邻原子对的性质与正常有序态不同，但无明显点阵畸变。 结晶切变面：非点阵平移发生于非化学计量的化合物晶体中。 晶体的两部分发生切变位移，氧八面体由共顶变为共棱相连，或由共棱变为共面，形成结晶切变面。 反相畴界和结晶切变面都造成局域的组分变化，是晶体容纳对化学计量比偏离的有效方法。5.2.2 孪晶界面孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位

14、向关系，这两个晶体就称为“孪晶”，此公共晶面就称孪晶面。 共格孪晶界就是孪晶面。在孪晶面上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为两个晶体所共有，属于自然地完全匹配是无畸变的完全共格晶面，因此它的界面能很低（约为普通晶界界面能的1/10），很稳定，在显微镜下呈直线，这种孪晶界较为常见。孪晶界可分为两类，即共格孪晶界和非共格孪晶界 如果孪晶界相对于孪晶面旋转一角度，即可得到另一种孪晶界-非共格孪晶界。此时，孪晶界上只有部分原子为两部分晶体所共有，因而原子错排较严重，这种孪晶界的能量相对较高，约为普通晶界的1/2。(孪晶界面与孪晶面不重合)。 5-3 无机材料中的晶界与相界晶界特点: (1)质点排列

15、偏离了理想点阵，属于面缺陷。(2)由于能量高，容易富集杂质，使晶界处熔点低于晶粒。(3)质点容易迁移，是扩散的快速通道。(4)晶界是固态相变时的优先成核区域。(5)晶界结构疏松，容易受腐蚀（热腐蚀、化学腐蚀等）。晶界：结构相同而取向不同的两个晶粒之间的界面。 两个取向不同的晶粒表面都有剩余键力，都要拉界面处质点按自己的排列取向进行排列。这样就使界面处质点排列处于一种过渡状态，偏离了理想点阵。晶粒大小对金属性能有重要的影响！晶粒越细小晶界多，晶界处晶格扭曲畸变晶粒数目多，变形均匀分布强度硬度塑性韧性细晶强化有利于提高金属材料的常温力学性能5.3.1 晶界结构与分类按取向不同的两晶粒间的夹角分：小

16、角度晶界：排列错合角度23 结构可用刃型位错模型表示大角度晶界：倾斜角较大，晶界处质点排列无序 结构可用过冷液体模型或小岛模型表示晶界附近的原子排列较混乱，是一种面缺陷36晶界不同于晶粒（1）晶界上原子排列较晶粒内疏松，易受腐蚀，容易露出来；（2）晶界上结构疏松，存在空位、位错等缺陷，故晶界处原子扩散速度比晶粒内快，是原子或离子快速扩散的通道，并容易引起杂质或离子的偏聚，同时也使晶界处熔点低于晶粒；纯 Al（3）晶界处于应力畸变状态，故能阶较高，使得晶界成为固态相变时优先成核的区域，是相变的策源地。5.3.2 相界结构与分类定义：具有不同化学成分和晶体结构的两相之间的分界面。按晶界两侧原子排列

17、的连贯性分： 共格相界 半共格相界 非共格相界 共格相界：界面两侧的晶体具有非常相似的原子排列和原子间距，越过界面的原子面是连续的，界面的原子为两侧晶体所共用，这种晶界为共格相界。理想共格相界具有应变的共格相界 由于两晶面的晶面间距不同，为保持晶面连续，必然产生弹性应变。失配度是产生弹性应变的量度，用表示： 式中 和 分别为两晶面的晶面间距。 和 相差愈大，愈大，弹性应变能愈大。弹性应变能大到一定程度，将通过引入位错（半个原子面）降低能量，即形成半共格相界。 半共格相界：界面上分布着若干个位错及相当于小角度晶界的相界面。由图看出：）失配度增大，弹性应变能增大，系统能量与c2成正比；）共格晶界在

18、E点以后能量高于半共格相界。E点以前失配度不大时，共格相界因无缺陷而能量低于半共格相界。 非共格相界：界面上原子排列完全无序，有很多缺陷分布在界面上。 绝大多数通过烧结得到的多晶体都是。 形成半共格晶界时插入的位错数量是有限的，不能无限地插入。位错间距 ： （ 被插入者的晶面间距） =0.04，d=25 ，每25个晶面插入个附加半晶面; =0.1， d=10 , 每10个晶面要插入1个附加半晶面。 失配度愈大，插入间距d 愈小。失配度太大，插入间距太密，就成为非共格晶界。晶界能大小可以变化：杂质原子（离子）容易在晶界上聚集。 原因：晶体内杂质原子周围弹性应力场大，化学势高，而晶界处结构疏松，应

19、变场弱，化学势低。升高温度，杂质原子可以从晶体自发向晶界扩散。晶界处的相界能： 两个相邻的晶粒表面能之和 界面上原子的能量 晶体内部相同原子的能量相界能=弹性畸变能+化学交互作用能取决于失配度取决于化学键结合情况5.3.3 多晶体的晶界构型 陶瓷材料：多相的多晶材料，包括气相、玻璃相和晶相。 晶界构形：多晶体中晶界的形状、构造和分布，也成为多晶体的织构。由晶界处界面张力的相互关系决定。（1）固固固界面（2）固固气界面 晶粒与气相相接触的情况。达到平衡时： （3）固固液界面 晶粒与液相相接触：在液相烧结中十分普遍。固体晶粒固体晶粒 (a) (b) (c) (d)5.3.3 无机材料相界面的润湿与

20、黏附热力学定义：固体与液体接触后，体系的吉布斯自由能降低。润湿根据程度不同分类附着润湿铺展润湿浸渍润湿应用总界面能 附着润湿: 指固体与液体接触后，液-气界面、固-气界面变成为固-液界面。5.3.4.1 附着润湿附着功： 将单位截面积的液-固界面拉开所做的功。 化学性能相近的两相系统，可以降低SL5.3.4.2 铺展润湿液体滴落在固体表面，可能出现三种情况：润湿程度可用润湿角的大小表示sv sl是湿润的先决条件。当固、液两相组成和性能相近时，sl较小。所以硅酸盐熔体在氧化物表面容易润湿，金属熔体在氧化物固体表面不容易润湿。s铺展过程5.3.4.3 浸渍润湿固体浸入液体中，固-气界面被固-液界面

21、所替代。所以svsl时，浸渍润湿能自发进行。 三种润湿的共同特点都是液体将气体从固体表面排开，使原有的固-气界面（或液-气界面）变成固-液界面，从而使系统的自由焓下降。铺展是湿润的最高标准。 润湿与日常生活、生产密切相关。在很多情况下，需要润湿，如用锡焊东西时，希望焊锡能铺展。有些时候不希望发生润湿，如雨伞、防水涂层等。5.3.4.4 影响润湿的因素表面粗糙度的影响 平整表面的情况 原来液体的边缘在点，外因使其扩展到点，那么增加的液-固界面面积为s，减少的气-固界面面积为s，增加的液-气界面面积scos，平衡时，系统平衡时，界面位置的少许移动所产生的界面能的净变化应等于零。实际表面是粗糙表面

22、粗糙度系数n = 真正表面积/表观表面积，n-表观接触角 假设液面A，则 液固界面面积增加ns, 固气界面面积减少ns, 液气界面面积增加 scosn达到平衡时： n表面粗糙度系数讨论： 因为n总是大于的， 当1，cosn必须大于cos，则n时，cos为负值，要保持n1，cosn要为负值，且cosn。 也就是说： 当不能润湿时，表面粗糙度不利于润湿。具体实例： 混凝土与水泥接触，为了增加粗糙度，要在已硬化的混凝土上凿坑。 焊接时为增加表面粗糙度和去掉表面吸附层，要用锉刀挫旧表面。 在陶瓷表面被银时，因为它们之间不润湿，所以要磨平、抛光。吸附膜的影响： sv降低，对润湿不利 表面吸附膜的存在会使

23、接触角增大，阻碍液体铺展，使润湿性能下降。在陶瓷生坯上釉前和金属与陶瓷封接等工艺固、液成分和结构的影响 润湿先决条件是svsl， sv、sl、lv的大小都影响润湿。当固体一定时，sv不易改变，一般改变sl，当固、液成分相似、性能接近时，sl就小，容易润湿。5.3.5 吸附与表面改性吸附：一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面的现象。 新鲜表面容易发生吸附，在表面形成吸附膜。因为新鲜表面质点排列中断后，质点受力不平衡，存在着较强的表面力场。吸附分为：化学吸附和物理吸附。吸附的应用：(1)作吸附剂 利用某些物质特有的吸附性能。如：硅胶、活性炭、分子筛吸附剂等。(2) 进行表面改性 表面改性是指利

24、用表面吸附特性，通过各种表面处理，改变固体表面结构状态和官能团，以适应各种预期的要求。 表面活性剂：能够降低体系的表面张力的物质 一般有两个基团，一端是亲水的极性基团-OH、-COOH、-SO3Na等，另一端是憎水（亲油）的非极性基团。憎水基烃链、碳氢基团亲水基羟基、羧基等在界面上选择性定向排列 氧化铝瓷成型时要用石蜡作定型剂，氧化铝粉是亲水的，石蜡是亲油的。生产中一般是加入油酸 混凝土中加入减水剂可以减少加水量，增加和易性，提高混凝土的力学性能。减水剂是表面活性剂，在水泥颗粒表面定向吸附，使水泥颗粒表面带同种电荷，相互排斥，释放出自由水。应用表面活性剂时必须指明对象。玻璃钢是玻璃纤维（无机物

25、）与树脂（有机物）复合，必须进行表面改性才能牢固结合。加有机硅烷5-4 胶体分散体系与纳米材料中的界面胶体：一个相（分散相）以一定细度分散于另一个相（分散介质）中所形成的多相体系。分散程度不同分子分散体系：分散相粒子小于1nm粗分散体系：分散相粒子大于100nm 悬浮液、乳状液、泡沫胶体分散体系：分散相粒子在1-100nm之间5.4.1 黏土-水系统的胶体特性黏土-水系统：黏土分散在水中形成的泥浆系统，介于溶胶-悬浮体-粗分散体系之间的特殊状态，具有一系列胶体化学性质。5.4.1.1 黏土粒子的带电机理不同的粘土矿物带电机理不同。1. 高岭石Al4Si4O10(OH)8带电是由断键造成（两性电

26、荷） l在酸性溶液（p）中，带负电。 层状结构的硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石大的比表面积；溶胶-悬浮液-粗分散体系；聚沉 高岭石Al4Si4O10(OH)8的同晶取代量少，板面一般带少量负电，主要是边面带电（断键）。板面边面边缘的O2-以半个键与Al3+结合OHOAlSiH+1/2+1/20+1pH7同晶取代：在黏土矿物形成过程中，常常发生半径相近的离子取代一部分铝或硅的现象。一般是半径相近的较低价正离子的取代，同晶替代的结果使黏土矿物微粒具有过剩的负电荷。 粘土内由同晶置换所产生的负电荷大部分分布在层状硅酸盐的板面，可以依靠静电引力吸引一些介质中的阳离子。 粘土所带负电荷都远大于正电荷

27、，主要带负电。2. 蒙脱石、伊利石带电主要由于同晶取代（负电荷） 蒙脱石(MxnH2O)(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2：:层型，层内铝氧八面体中1/3Al3+g2+，少量i4+l3+，产生的电荷部分由层间交换性阳离子以及八面体层中的O原子被OH取代平衡，单位晶胞还过剩-0.66个电荷，带负电荷。 伊利石K11.5Al4Si76.5Al11.5O20(OH)4：:层型，层内同晶取代1/6Si4+l3+，单位晶胞过剩1.31.5个负电荷，负电荷大部分被层间非交换性的K+和部分Ca2+、H+等平衡，只表现出少部分负电荷。3. 吸附在粘土表面的腐烂的有机质解离产生负电荷（羧基和酚羧基的氢解

28、离）。5.4.1.2 黏土的离子吸附与交换粘土的离子交换性质：粘土颗粒带电，就会吸附介质中的异号离子，它吸附的这些离子又可以被溶液中其它一些电价高、浓度大的离子所交换。1、粘土进行离子交换的特点：同号离子交换(2) 等当量交换(3) 过程是可逆的(4) 不改变粘土本身结构 离子吸附是粘土和离子之间的作用 离子交换：是两种离子间的相互作用。钙吸附、钠解吸，钙和钠离子之间进行交换。 离子交换可用于提纯和制备吸附单一离子的粘土。 X-树脂+Y-粘土Y-树脂+X-粘土 2、黏土的阳离子交换容量 阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity，CEC）：粘土的阳离子交换能力大小。 用1

29、00克干黏土所吸附阳离子的毫克当量数表示。 主要黏土矿物的阳离子交换容量（mg当量/100g干黏）： 蒙脱石 伊利石高岭石 75150 1040 315 3、影响黏土阳离子交换容量的因素粘土矿物组成 由各种黏土矿物的结构决定的。(2) 黏土的分散度分散度，CEC(3) 黏土矿物的结晶完整性 主要是对高岭石的影响，完整程度， CEC(4) 有机质含量 有机质含量，带电量，吸附量，CEC(5) 介质的pH值 pH值， 高岭石 带负电量， CEC(6) 介质温度 T, 碰撞， 吸附量， CEC4、粘土的阳离子交换序 阳离子交换能力强弱与其电价和水化半径有关。 电价愈高，交换能力愈强（M3+M2+M+

30、）。H+特殊 同价离子，半径愈大，对水分子偶极子所表现的电场强度小，水化膜愈薄，离子与粘土表面的的距离小，它们之间的吸力大，交换能力愈强。交换序： H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+在相同浓度下，排在前面的离子，能置换排在后面的。5.4.1.3 黏土胶体的电动性质 粘土表面是氧或氢氧基，通过氢键与水或水化阳离子结合，并使水分子定向排列。定向排列的极性水分子再使上一层水分子定向排列，由于水分子的热振动，愈往上有序性就愈差，逐渐过渡到无规则排列。 与粘土结合的水分为三层：牢固结合水（吸附水）、 松结合水（扩散水膜）、自由水。 结合水（牢固结合水与松结合水）的物理性

31、质与自由水不同：密度大，热容小，介电常数小，冰点低。影响结合水量的因素：矿物组成：一般与阳离子交换容量成正比。 蒙脱石高岭石（指含同种交换性阳离子）粘土分散度。 粒度小，分散度高，结合水量大（主要是高岭石）。(3) 吸附的阳离子种类l 一价离子结合水量二价离子结合的水量三价离子结合的水量。吸附低价离子数量高于吸附高价离子数量，而每个离子都是水化的。l 同价离子中半径小的结合水量大：离子的水化膜厚 粘土中离子结合水量： LiNaKMg2Ca2Sr2Ba2电动性质：带电的粘土胶体分散在水中，在胶体颗粒和液相界面上出现扩散双电层。在外电场的作用下，固体颗粒与液相间发生相对移动而表现出来的电学性质。1

32、、电动电位（电位）电动电位或-电位：吸附层与扩散层带相反电荷，相对移动时产生的电位差。 = 4d/ 表面电荷密度 d 扩散层厚度 介电常数吸附层扩散层正极负极胶粒胶团电位的高低可以反映出体系很多性质如：流动性、稳定性等。，流动性，稳定性。 稳定的泥浆悬浮液是半径大的离子。 浓度一定时，不同价阳离子的电位：M+M2+M3+离子水化度及离子同黏土吸引力强弱有关热力学电位(3) 粘土内有机质的影响。有机质，带电量，(4) PH值的影响(2) 电解质的浓度对电位的影响 同价离子电解质的加入量有一个最佳值。开始随加入量增加，增大，因为电解质的加入，使扩散层增厚；电解质加入超过一定量后，随电解质的增加，减

33、小，因为离子进入吸附层的多了。5.4.2 黏土泥浆流动性和稳定性及泥料的可塑性5.4.2.1 泥浆的流动性和稳定性 调节流动性，增加稳定性，一般通过加入稀释剂（减水剂）的方法。常用稀释剂：水玻璃、碳酸钠、纸浆废液、丹宁酸钠、木质素磺酸钠 泥浆的流动性和稳定性是泥浆的重要性能。工业生产上希望得到含水量少，流动性好，稳定性好（不聚沉）的泥浆。 泥浆流动性测定一般是通过测定粘度，流动度（）：泥浆的胶溶或泥浆稀释-泥浆的絮凝或泥浆增稠未加稀释剂时的边面和边边结构加稀释剂后的面面结构稀释剂的选择标准：能拆开粘土泥浆内原有的结构。由于静电引力，原有结构一般是边面和边边结构，把自由水包裹起来，流动性差。若形

34、成面面结构，就可以放出自由水，增加流动性，降低粘度。泥浆胶溶的条件：（1）介质呈碱性（2）提高-电位 用Na+交换Ca2+、Mg2+等使之转变为-电位高及扩散层厚的Na-土。（3）阴离子的作用形成不可溶物质或稳定的络合物聚合阴离子：硅酸盐、磷酸盐和有机阴离子 胶溶剂种类的选择和数量的控制对泥浆胶溶非常重要。 黏土作为天然原料，其胶溶过程与黏土的本性（矿物组成、颗粒形状尺寸、结晶完整程度）有关，还与环境因素和操作条件（温度、湿度、模型、陈腐时间）等有关。5.4.2.2 泥浆的触变性：稀释流动态 凝聚态 触变性的概念 所谓触变就是泥浆静止不动时似凝固体，一经搅动凝固的泥浆重新获得流动性。如再静止又

35、重新凝固，这样可以重复无数次。逐渐的、非突变的、黏度增大 在胶体化学中，固态胶质称为凝胶，胶质悬浮液称为溶胶。触变是一种凝胶与溶胶之间的可逆转化过程。“卡片结构”黏土颗粒被包裹的水 触变性产生原因：局部边面或边边结合影响触变性的因素 1、泥浆的含水量 泥浆愈稀，不易形成触变结构； 2、粘土矿物组成：矿物遇水膨胀 溶剂分子渗入颗粒间、单位晶格之间 3、粘土胶粒大小与形状 4、电解质种类与数量 黏土吸附阳离子价数愈小，或价数相同而离子半径愈小，触变效应愈小。 5、温度 温度升高，质点的热运动加剧，颗粒间联系减弱，不易形成触变。5.4.2.3、泥团的可塑性 可塑性概念：当粘土与适量的水混合均匀制成泥

36、团后，泥团受到高于某个数值的剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力后泥团能保持其形状的性质。A-屈服应力，泥团开始塑性形变的最低应力可塑性：屈服值乘以最大应变（B点）来表示黏土颗粒间作用力（1）引力 主要有范德华力、局部边-面静电引力和毛细管力。 作用范围约离表面2nm。 堆积的粒子间的水膜，在水的表面张力下紧紧吸引。（2）斥力 带电黏土表面的吸附离子引起的静电斥力。 作用范围约离表面20nm。可塑性的产生机理： （1）黏土水界面键力作用的结果 当水量控制在只有结合水没有自由水时，黏土颗粒间的水层起着类似固体键的作用，使颗粒间相互拉扯，结合在一起。（2）毛细管力作用的结果 当水量适宜时，颗粒间形成很多毛细管，毛细管力是塑性泥团中颗粒间的主要吸引力。（3）带电黏土胶粒与介质中离子