日期:26-01-13 时间:01:17 来源: 进口泡沫铝板
13铝锗合金对泡沫铝发泡剂的润湿性研究
1.2.7 润湿热力学
(1)惰性体系
润湿过程中由于降低了系统的总能量,因此,发生润湿的热力学条件可以写成γsv>γsl>γ1v。
进一步说,使用扩散系数S(等同于γsv-(γsl+γ1v)),当S>0时液体可能覆盖固体表面。对于理想(光滑、均一、刚性、和不溶解)固体表面,杨氏方程给出了热力学平衡条件并且同时也引入了能量最低的概念。液体落到固体表面形成液滴在液相和固相之间接触处形成一定的角。表面自由能的改变伴随着少量液体的取代和固体覆盖面积的变化。
Gs=A(γsl-γsv)+Aγ1vcos(θr+θ) (1.10)
在平衡时limGS/A=0 (1.11)
因此γsl-γsv+γ1vcosθ=0 (1.12)
从热力学观点来看,上述讨论可以总结为:
A:对于理想固体,表面接触角和固有接触角是相同的,杨氏方程对于平衡接触角可以预测一个值。
B:在均一,粗糙固体表面,表面接触角与固有接触角在固体表面的倾斜有一点不同。
C:对于光滑非均一固体表面,在接触线处表面接触角总是等同于固有接触角。
D:对于接触角的热力学方程,在粗糙或均一表面可以表示多样的接触角。
(2)反应体系
在反应体系中,润湿通常伴有大量的化学反应,并且在扩散液和反应固定相表面形成新的固体化合物。例如,在铜固定相焊接过程中,总形成Sn和Cu的中间合金。扩散速率受扩散液和反应固定相之间化学反应的影响。大多数情况下,反应润湿是有利的。Contreras et al. 研究Al和Mg在TiC固定相表面在1073-1273K范围内的扩散。发现A1在以上温度下可以润湿TiC,而Mg只有在1173K以上才能润湿表面。润湿度是建立在化学平衡上的,这个平衡是通过接触物自由化合,化合价相互变化形成的。熔化A1与TiC表面接触,扩散是由界面处发生化学反应推动的,两相之间的边界强度可以通过润湿功w。来说明。定义如下:
Wa=γ1vcosθ(1+cosθ) (1.13)
因此,在反应体系中完美润湿条件是:Wa≥γ1v,所以上面情况的接触角为0°。
Eustathopoulos et al.在反应润湿领域进行了进一步的研究。他们通过座滴实验在大量反应体系中研究润湿行为。这些体系包括润湿和非润湿行为,用来分析复杂的润湿机理和模拟复杂的接触角。最终认为界面性质影响界面能改变是反应体系中提高润湿性的主要原因。因此,在反应体系中,对于最小接触角提出下面的方程的反应速率:
Cosθmin=cosθ0-γr/γ1v-Gr/γ1v (1.14)
γ1v是液体表面张力,θ0是存在反应的固定相的接触角,γr代表出于界面反应而产生界面能的改变,Gr是金属/固定相表面发生反应的单位面积所释放出的自由能的变化。然而,之后的实验发现,固定相对接触角几乎没有影响。在反应CuSi/Cr体系的稳定区接触角几乎等于合金在SiC上的接触角。这种结果与Cu-Cr合金在Cr固定相表面润湿结果相似。
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