高表面能固体的润湿性实验及表面张力计算

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1、第26卷第6期材料科学与工程学报总第116期Vol126No16JournalofMaterialsScience&EngineeringDec.2008文章编号:167322812(2008)0620932205高表面能固体的润湿性实验及表面张力计算罗晓斌,朱定一,乔卫,石丽敏(福州大学材料科学与工程学院,福建福州350108)【摘要】采用座滴法在1100℃及氩气与CO混合气氛的环境中,研究了Au、Ag、Cu、Ge、Sn五种金属在Al2O3、SiO2、ZrO2、高定向热解石墨的(0001)基面四种固体表面上的润湿性,用ADSA滴形分

2、析软件测量了接触角。通过新的理论方程分别计算了四种固体材料的表面张力。结果表明,在同一种陶瓷表面上,接触角随着金属液体表面张力的增加而增大,所计算的固体表面张力数值具有较好的一致性,表明所建立的理论公式能够正确反映液、固、气三相之间的张力平衡关系。在1100℃时,上述四种固体材料表面张力的平均值分别为340.24、457.79、-2)357.52、431.35(mJ·m。【关键词】高表面能固体;表面张力;座滴法;接触角;润湿性中图分类号:TB333;O647文献标识码:AWettabilityofHighSurfaceEnergySo

3、lidanditsSurfaceTensionCalculationLUOXiao2bin,ZHUDing2yi,QIAOWei,SHILi2min(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)【Abstract】ThewettingofAu,Ag,Cu,GeandSnontheAl2O3,SiO2,ZrO2and(0001)basalplaneofhighlyorientedpyrolyticgraphite(HOPG)was

4、investigatedbysessiledropmethodunderargonmixtureCOatmosphereat1100℃.ThecontactanglesweremeasuredbyADSAsoftware.Thesurfacetensionsoffoursubstrateswerecalculatedbynewtheoreticalequation.Theresultsshowthatthecontactanglesonthesameceramicsurfaceincreasewithanincreaseofliqui

5、dmetalsurfacetensions,thesolidsurfacetensioncalculatedwiththenewtheoreticalequationiswellconsistent,whichindicatesthattheestablishingtheoreticalformulacancorrectlyreflecttheequilibriumrelationoftensionamongliquid,solidandvaporphases.Theaveragevaluesofsurfacetensionoffou

6、rsubstratesmentionedaboveare340.24,457.79,357.52,431.35(mJ·-2)respectivelyat1100m℃.【Keywords】highsurfaceenergysolid;surfacetension;sessiledropmethod;contactangle;wettability性实验时,高温状态下的氧化、吸附、界面反应等因素使实1引言验测定难度进一步增大,其次采用Young方程γsg=γsl+γlgcosθ进行测量计算时,式中固体表面张力γsg和液固界面张表面张力是一

7、个重要的热力学参量,所谓高表面能固力γsl两个参量均属未知,使得方程无法求解,目前多采用温-2[1,2][1,2]体是指表面张力大于100mJ·m的固体,如陶瓷、金属及度外推法、溶解热法来计算高表面能固体的表面张[3]其氧化物等。由于金属/陶瓷的润湿性与金属基复合材料力,此外人们还利用内聚能理论和断键模型以及分子动[4]的开发、硬质合金和涂层材料的生产、金属与陶瓷的焊接、力学模拟等方法对表面张力进行估算,但由于实际表面冶金过程中金属与渣的分离等密切相关,获取固体材料的状态的复杂性,不同研究者所得到的估算值有很大的差异,[5,6]表面张

8、力数据对于科学研究及工业生产极为重要。但由于数值分散性较大。最近朱定一等通过建立新的润湿性固体表面的原子失去了流动性,通过试验直接测量其表面表征体系,推出了固体表面张力γsg与接触角θ和液体表面张力目前存在一定的困难,特