第四章答案 武漢理工大學 陸佩文 課后答案

《第四章答案 武漢理工大學 陸佩文 課后答案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《第四章答案 武漢理工大學 陸佩文 課后答案（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四章答案4-1 略。4-2 何謂表面張力和表面能？在固態(tài)和液態(tài)這兩者有何差別？解：表面張力：垂直作用在單位長度線段上的表面緊縮力或將物體表面增大一個單位所需作的功；=力/總長度（N/m）表面能：恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須對物質所做的非體積功稱為表面能；J/m2=N/m 液體：不能承受剪應力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴展，因為表面張力與表面能數(shù)量是相同的； 固體：能承受剪切應力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能不等。4-3 在石英玻璃熔體下20cm處形成半徑5108m的氣泡，熔體密度為2200kg/m3，表面張力為0.29N/m，大氣壓力為

2、1.01105Pa，求形成此氣泡所需最低內壓力是多少？解：P1（熔體柱靜壓力）=hg=0.222009.81=4316.4Pa 附加壓力=20.29/510-8=1.16107Pa 故形成此氣泡所需壓力至少為P=P1+P+P大氣=4316.4+1.16107+1.01105=117.04105 Pa4-4（1）什么是彎曲表面的附加壓力？其正負根據(jù)什么劃分？（2）設表面張力為0.9J/m2，計算曲率半徑為0.5m、5m的曲面附加壓力？解：（1）由于表面張力的存在，使彎曲表面上產生一個附加壓力，如果平面的壓力為P0，彎曲表面產生的壓力差為P，則總壓力為P= P0 +P。附加壓力的正負取決于曲面的曲

3、率，凸面為正，凹面為負。（2）根據(jù)Laplace公式：可算得P=0.9（1/0.5+1/5）=1.98106 Pa4-5什么是吸附和粘附？當用焊錫來焊接銅絲時，用挫刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請解釋這種現(xiàn)象？解：吸附：固體表面力場與被吸附分子發(fā)生的力場相互作用的結果，發(fā)生在固體表面上，分物理吸附和化學吸附；粘附：指兩個發(fā)生接觸的表面之間的吸引，發(fā)生在固液界面上；銅絲放在空氣中，其表面層被吸附膜（氧化膜）所覆蓋，焊錫焊接銅絲時，只是將吸附膜粘在一起，錫與吸附膜粘附的粘附功小，銼刀除去表面層露出真正銅絲表面（去掉氧化膜），錫與銅相似材料粘附很牢固。4-6在高溫將某金屬熔于Al2O3片上。（1）

4、若Al2O3的表面能估計為1J/m2，此熔融金屬的表面能也與之相似，界面能估計約為0.3J/m2，問接觸角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面張力的2倍，試估計接觸角的大??？解 ：（1）根據(jù)Yong方程： 將已知數(shù)據(jù)代入上式cosq=0.7，所以可算得接觸角約為45.6度 （2）將已知數(shù)據(jù)代入Yong方程cosq=0.8，可算得接觸角約為36.9度。4-7在2080的Al2O3（L）內有一半徑為108m的小氣泡，求該氣泡所受的附加壓力是多大？已知2080時Al2O3（L）的表面張力為0.700N/m。解：根據(jù)公式，可算得P=20.7/108=1.410

5、8 N4-8 20時苯的表面張力為0.0289N/m，其飽和蒸氣壓為10013Pa，若在20時將苯分散成半徑為106m的小滴，計算：（1）苯滴上的附加壓力；（2）苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比。解：（1）根據(jù)公式，可算得P=20.0289/106=5.78104 N （2）根據(jù)開爾文方程，簡化為查得苯的密度為879kg/m3 將已知數(shù)據(jù)代入公式右邊= =0.002=苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比= =1.0024-920時，水的飽和蒸氣壓力為2338Pa，密度為998.3kg/m3，表面張力為0.07275N/m，求半徑為109m的水滴在20時的飽和蒸氣壓為多少？解 ：根據(jù)

6、公式，可算得P=20.07275/109=1.455108 N/m2 根據(jù)開爾文方程，簡化為，將已知條件代入可算得：=1.077 P=6864Pa 最后算得半徑為109m的水滴在20時的飽和蒸氣壓P為6864Pa4-10若在101325Pa，100的水中產生了一個半徑為108m的小氣泡，問該小氣泡能否存在并長大？此時水的密度為958kg/m3，表面張力為0.0589N/m。解：根據(jù)公式，可算得附加壓力為P=20.0589/108=1.178107 Pa 對于液體中的氣泡，氣泡的壓力為P=P0P=1013251.1781070 所以該小氣泡不能存在。4-11在真空下的氧化鋁表面張力約為0.9 N

7、/m，液態(tài)鐵的表面張力為1.72 N/m，同樣條件下液態(tài)鐵氧化鋁的界面張力為2.3 N/m，問接觸角有多大？液態(tài)鐵能否潤濕氧化鋁？ 解：q =-0.814，所以不能潤濕。4-12 考慮四種聯(lián)接作用：焊接、燒結、粘附接合和玻璃金屬的封接，請從原子尺度考慮，解釋這些聯(lián)接作用相互間有何差異？解： 焊接：兩種或兩種以上材質（同種或異種）,通過加熱或加壓或二者并用,來達到原子之間的結合而形成永久性連接的工藝過程叫焊接. 燒結：是賦予材料性能的一種高溫處理工藝，原子向接觸點的擴散使顆粒間行形成粘結，進一步擴散最終填滿各種剩下的孔隙并使材料的致密度提高。是粉末或粉末壓坯加熱到低于其中基本成分的熔點的溫度，然

8、后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程。燒結的結果是粉末顆粒之間發(fā)生粘結，燒結體的強度增加，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結體，從而獲得所需的物理、機械性能的制品或材料。 粘附現(xiàn)象的本質和吸附一樣都是兩種物質之間表面力作用的結果。粘附作用可通過兩相相對滑動時的摩擦、固體粉末的聚集和燒結等現(xiàn)象表現(xiàn)出來。玻璃和金屬的封接，受許多因素的支配。影響封接件最主要的因素有如下四方面：（1）金屬的氧化：在玻璃與金屬氣密封接前，通常把金屬適度氧化，使金屬氧化物處于玻璃與金屬之間。金屬的氧化處理，是影響玻璃與金屬封接最重要的因素；（2）玻璃和金屬的膨脹系數(shù)：玻璃和金屬膨脹系數(shù)的一致性，是形成良好封接的宏觀調控手

9、段;（3）玻璃的強度和界面擴散：在考慮到玻璃和金屬膨脹系數(shù)匹配的基礎上，提高破璃的機械強度、尤其是抗拉強度，這對于封接件受到熱沖擊或者因溫度梯度引起的熱應力乃至受到使用中的外力時都是有利的;（4）封接件的形狀、尺寸以及表面粗糙度：封接件內的應力大小和分布情況，受到封接件形狀與尺寸的影響。當應力超過封接材料的強度極限時，勢必損傷封接制品。4-13 MgOAl2O3SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為900mN/rn液體與固體的界面能為600mN/m，測得接觸角為70.52o。 （1）求Si3N4的表面張力；（2）把Si3N4在低共熔溫度下進行熱處理，測試

10、其熱腐蝕的槽角為60，求Si3N4的晶界能？解：（1）由 得 gSV=900cos70.520+600=900mN/M （2）由 =2900cos300 =1558.8 mN/M4-14 氧化鋁瓷件中需要披銀，已知1000時mN/m； mN/m；mN/m，問液態(tài)銀能否潤濕氧化鋁瓷件表面？可以用什么方法改善它們之間的潤濕性？解： 由 得 cosq =-0.8370不能潤濕。陶瓷元件表面披銀，必須先將瓷件表面磨平并拋光，才能提高瓷件與銀層之間的潤濕性。4-15根據(jù)圖4-13和表4-3可知，具有面心立方晶格不同晶面（110）、（100）、（111）上，原子密度不同，試回答，那一個晶面上固氣表面能將是

11、最低的？為什么？解：根據(jù)公式表面能，其中為固體表面能，為晶格能，為阿弗加德羅常數(shù)，為1m2表面上的原子數(shù)目。和分別為表示第i個原子在晶體體積內和表面上時，最鄰近的原子的數(shù)目，在面心立方體晶體中在（111）面上為6，在（100）面上為4，在（110）面上為2.將上述數(shù)據(jù)帶入公式，得則：因而，（111）原子密排面上原子能最低。4-16 試解釋粘土結構水和結合水（牢固結合水、松結合水）、自由水的區(qū)別，分析后兩種水在膠團中的作用范圍及其對工藝性能的影響。解：粘土結構水是粘土結構中的水；由于粘土顆粒一般帶負電，又因水是極性分子，當粘土顆粒分散于水中時，在粘土表面負電場的作用下，水分子以一定取向分布在粘土

12、顆粒周圍以氫鍵與其表面上的氧和氫氧基結合，負電端向外。在第一層水分子的外圍形成一個負電表面，因而又吸引第二層水分子。負電場對水分子的引力作用，隨著離開粘土表面距離的增加而減弱，因此水分子的排列也有定向逐漸過渡到混亂?？拷鼉葘有纬傻亩ㄏ蚺帕械乃肿訉臃Q為牢固結合水，圍繞在粘土顆粒周圍，與粘土顆粒形成一個整體，一起在介質中運動，其厚度約為310個水分子厚。在牢固結合水的外圍吸引著一部分定向程度較差的水分子層稱為松結合水，由于離開粘土顆粒表面較遠，他們之間的結合力較小。在松結合水以外的水叫自由水。結合水的密度大，熱容小，界電常數(shù)小，冰點低等，在物理性質上與自由水不同。粘土和水結合的數(shù)量可以用測量潤飾

13、熱來判斷。粘土與這三種水結合的狀態(tài)與數(shù)量將會影響粘土水系統(tǒng)的工藝性能。在粘土含水量一定的情況下，若結合水減少，則自由水就多，此時粘土膠的體積減小，容易移動，因而泥漿粘度小，流動性好；當結合水量多時，水膜厚，利于粘土膠粒間的滑動，則可塑性好。4-17粘土的很多性能與吸附陽離子種類有關。指出粘土吸附下列不同陽離子后的性能變化規(guī)律，（以箭頭表示：） H Al3 Ba2 Sr2 Ca2 Mg2 NH4 K Na Li（l）離子交換能力；（2）粘土的電位；（3）粘土的結合水量；（4）泥漿穩(wěn)定性；（5）泥漿流動性；（6）泥漿觸變性；（7）泥團可塑性；（8）泥漿濾水性；（9）泥漿澆注時間（10）坯體形成速率

14、解： （l）離子交換能力：LiNa K NH4 Mg2 Ca2 Sr2 Ba2 Al3 H （2）粘土的電位：HBa2Sr2Ca2Mg2NH4KNaAl3Li （3）粘土的結合水量：NH4Al3Ba2Sr2Ca2Mg2KNaLiH （4）泥漿穩(wěn)定性：HAl3Ba2Sr2Ca2Mg2NH4KNaLi （5）泥漿流動性：HAl3Ba2Sr2Ca2Mg2NH4KNaLi （6）泥漿觸變性：HLiNaKMg2Ca2 Sr2Ba2 Al3NH4 （7）泥團可塑性：LiNa K NH4 Mg2 Ca2 Sr2 Ba2 Al3 H （8）泥漿濾水性：HAl3Ba2Sr2Ca2Mg2NH4KNaLi （9）泥

15、漿澆注時間：LiNa K NH4 Mg2 Ca2 Sr2 Ba2 Al3 H （10）坯體形成速率：HAl3Ba2Sr2Ca2Mg2NH4KNaLi 4-18 用Na2CO3和Na2SiO3分別稀釋同一種粘土（以高嶺石礦物為主）泥漿，試比較電解質加入量相同時，兩種泥漿的流動性、注漿速率、觸變性和坯體致密度有何差別？解：不同陰離子的Na鹽電解質對粘土膠溶效果是不相同的。含有聚合陰離子的鈉鹽能使粘土的-電位值升至-60mV。所以加入Na2CO3基本上對粘土的各項性能沒有影響，而加入Na2SiO3后，泥漿的流動性升高，注漿速率升高，觸變性降低，坯體致密度升高。4-19影響粘土可塑性的因素有那些？生產上可以來用什么措施來提高或降低粘土的可塑性以滿足成形工藝的需要？解：當粘土與適當?shù)乃旌暇鶆蛑瞥赡鄨F，該泥團受到高于某一個數(shù)值剪應力作用后，可以塑造成任何形狀，當去處應力泥團能保持其形狀，這種性質稱為可塑性。影響因素有：1.礦物組成，礦物組成不同，顆粒間的作用力也不同。2.吸附的陽離子種類。陽離子的電價越高可塑性越好。3.顆粒的大小和形狀。顆粒越細，比表面積越大，顆粒間的接觸點越多，則可塑性增加。4.含水量等。生產上可以增大礦物組分的比表面積來增大毛細管力，從而增大可塑性；也可增大或減小吸附的陽離子的電價，從而改變粘土可塑性；或者將礦物的顆粒減小增大接觸點來增大粘土的可塑性；