Теоретические основы прогрессивных технологий. Часть II. Попов В.Ф - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 1
ДИСПЕРСНОЕ СОСТОЯНИЕ ТВЁРДОГО ТЕЛА
Цель работы: изучить виды дисперсных систем и свойства порошковых материалов и их применение в технологии по-
рошковой металлургии.
Приборы и принадлежности: волюмометр, лабораторные весы, пресс-форма, пресс П-50, штангенциркуль, порошок
меди ПМС-1.
Методические указания
Дисперсные системы – это неоднородные материалы, состоящие из двух или более фаз с сильно развитой поверхно-
стью раздела между ними.
Фаза – это однородная часть системы, отделённая от других её частей границей раздела, при переходе через которую
свойства, строение и химический состав меняются скачком (т.е. резко).
Обычно одна из фаз образует дисперсионную среду, в объёме которой распределена дисперсная фаза в виде мелких
(потому и дисперсная) пузырьков, капель или кристаллов.
По агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы различают несколько видов дисперсных систем.
1. Газодисперсные системы в зависимости от природы и размера дисперсной фазы делят на аэрозоли, порошки и не-
тканые волокнистые материалы.
Примерами аэрозолей являются дымы (парогазовые смеси продуктов неполного сгорания топлива), туман (мелкие кап-
ли воды в воздухе), пыль (дисперсные твёрдые частицы в воздухе).
2. Системы с жидкой дисперсионной средой:
– газовая фаза в зависимости от размера пузырьков образует грубодисперсные газовые эмульсии и пены;
– жидкая фаза в зависимости от размера капель создаёт грубодисперсные эмульсии, высокодисперсные микроэмульсии
и латексы;
– твёрдые частицы с уменьшением своего размера образуют грубодисперсные суспензии пасты, высокодисперсные зо-
ли и гели.
3. К системам с твёрдофазной дисперсионной средой относятся:
– кристаллические и аморфные тела с включениями пузырьков газа (пенопласты и пенометаллы, микропористые мате-
риалы);
– капиллярно пористые материалы с жидким наполнителем;
– композиты на основе металла и пластмассы с твёрдым наполнителем, дисперсноупрочнённые металлические сплавы.
В свободнодисперсных системах (газовых и жидкостных) сцепление между частицами дисперсной фазы отсутствует,
каждая из них движется независимо и может участвовать в броуновском движении. Для связнодисперсных (твёрдых) тел
характерно образование пространственного каркаса из случайно расположенных частиц дисперсной фазы.
Свойства любой дисперсной системы определяются, прежде всего, межатомным и межмолекулярным взаимодействием
на поверхностях раздела.
Рассмотрим свойства дисперсных систем на примере металлических порошков. Одним из способов их получения явля-
ется криомеханическое дробление компактного металла (рис. 1.1). Пластичный металл сначала замораживают в жидком азо-
те (–196 °С), а после его охрупчивания дробят.
а) б) в)
Рис. 1.1. Изменение свободной поверхности твёрдого тела при дроблении:
а – компактный материал; б – полуфабрикат;
в – порошок
Рассмотрим (рис. 1.1, а) кубик объёмом 1 × 1 × 1 см
3
компактной меди. Площадь его свободной поверхности S
S
(раздел
металл – воздух) – 6 см
2
. После его разбивания на две половинки (рис. 1.1, б) при той же массе (равной плотности меди –
8,92 г/см
3
) площадь свободной поверхности вырастет до 8 см
2
. Если процесс измельчения продолжать, то при размере час-
тиц порошка 100 мкм площадь S
S
той же массы меди станет 600 см
2
, а если они достигнут размера 10 нм, S
S
= 300 м
2
(рис.
1.1, в).
Таким образом, все порошковые материалы обладают огромной площадью свободной поверхности, а потому имеют все
её физические и химические свойства.
Свойства поверхности твёрдого тела
Рассмотрим их на примере свободной поверхности кристаллического вещества.
Кристалл – это бесконечное упорядоченное расположение атомов и молекул в пространстве. На свободной поверхно-
сти нарушается его главное свойство – трансляционная симметрия, прекращается закономерное чередование атомов (рис.
1.2).
Атом в объёме кристалла В окружён соседями (рис. 1.2), поэтому действующие на него силы взаимодействия уравно-
вешены. У атома А на свободной поверхности имеются оборванные валентные связи, кристаллическая решётка искажена.
Устойчивость поверхностного слоя определяется действием сил поверхностного натяжения F
S
. Всё это объясняет высокую
энергию атомов на поверхности.

Страницы