材料科学基础A第五章习题答案
更新时间:2023-12-28 17:15:01 阅读量: 教育文库 文档下载
第五章 表面结构与性质习题
5.2 什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别? 解:表面张力:扩展物体单位长度的表面所需要的力,或将物体表面增大一个单位面积所需作的功。单位为N/m。
表面能:恒温、恒压、恒组成情况下,每增加单位表面积时,体系自由焓的增量,单位为J/m2。
在液态下,不能承受剪应力,外力所做的功表现为表面积的扩展,因为表面张力与表面能在数值上是一致的;
在固态下,能承受剪切应力,外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变,表面张力与表面能在数值上不相等。
5.5 MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物,放在Si3N4陶瓷片上,在低共溶温度下,液相的表面张力为0.9J/m2,液体与固体的界面能为0.6 J/m2,测得接触角为70.52°,求Si3N4的表面张力。
解:根据Young方程:平衡时,Si3N4固体的表面张力γSV=γSL+γLVcos70.52°,则γSV=0.6+0.9cos70.52 °=0.9J/m2
5.6 什么叫吸附、粘附? 当用焊锡来焊接铜丝时,用锉刀除去表面层,可使焊接更加牢固,请解释这种现象。
解:吸附是固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果,发生在固体表面上,发生在固体表面上,分为物理吸附和化学吸附; 粘附是指两个发生接触的表面之间的吸引,发生在固液界面上。
铜丝放在空气中,其表面层被吸附膜(氧化膜)所覆盖,焊锡焊接铜丝时,只是将吸附膜粘在一起,锡与吸附膜粘附的粘附功小,锉刀除去表面层露出真正铜丝表面(去掉氧化膜),增大了γSV,因此粘附很牢固。
5.16 已知在高温下Al2O3(S)的表面张力为0.900N/m,液态Fe(L)的表面张力为1.720N/m,而Al2O3(S)与Fe(L)的界面张力为2.300 N/m。问接触角有多大?液态能否润湿氧化铝?
解:cos???SV??SL?LV?0.900?2.3001.720??0.814
则θ=144.56°
铺展系数S=?LV(cos?-1)=1.72[cos(144.56*?180)-1]=-3.12
因为90°<θ<180°,而S<0,则根据润湿过程的判断条件,可知液态Fe不能润湿氧化铝。
5.18 氧化铝陶瓷件表面上涂银后,当烧至1000℃时,已知γ(Al2O3,固)=1 J/m2,γ(Ag,液)=0.92J/m2,γ(Ag,液/Al2O3,固)=1.77J/m2,试问液态银能否润湿氧化铝陶瓷件?如果不能润湿,可以采取什么措施使其能润湿? 解:γSV=1J/m2,γLV=0.92J/m2,γSL=1.77J/m2
(1)cos???SV??SL?LV?1?1.770.92??0.837
则θ=146.9o
铺展系数S=?LV(cos?-1)=0.92[cos(146.9*?180)-1]=-1.69
因为90°<θ<180°,而S<0,所以Ag(液)对Al2O3(固)不润湿。
(2)措施:①除去Al2O3表面的吸附膜,使表面清洁,从而增大γSV,减小θ。 ②改变Al2O3表面粗糙度,使粗糙度减小,减小θ。
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