» » Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью
11.12.2014

В последние годы начал получать практическое применение комбинированный метод изготовления металлокерамических изделий. Сущность этого метода заключается в том, что из порошков тугоплавких материалов и тугоплавких соединений формуют обычными методами изделия необходимой формы и подвергают их спеканию, а затем спеченные изделия пропитывают более легкоплавкими жидкими металлами; при этом поры заготовки заполняются жидким металлом и весь материал в целом получается практически беспористым.
Впервые такой метод был предложен А. А. Абиндером Кинетика пропитки, ее равномерность и полнота зависят от многих факторов и в первую очередь от следующих:
1) величины поверхностного натяжения на границе контакта пропитывающей жидкости и пропитываемого тела;
2) состояния поверхности частиц пропитываемого материала;
3) величины и формы пор спеченного тела;
4) степени перегрева пропитывающего металла;
5) величины вязкости пропитывающего металла.
Процесс пропитки идет тем активнее и степень равномерности пропитки тем выше, чем выше величина поверхностного натяжения, ниже вязкость жидкого металла, чище поверхность частиц пропитываемого металла, больше величина пор пропитываемого металла и чем больше приближается форма пор к сферической.
Этот процесс в настоящее время находит практическое применение для изготовления контактов, металлокерамических подшипников, изделий художественной металлокерамики (барельефов и др.) и в ряде других областей.
Степень взаимодействия твердых поверхностей с жидкостью определяется краевым углом смачивания.
Взаимодействие жидкости с твердой поверхностью может быть выражено следующим уравнением:
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

Работа адгезии при взаимодействии жидкости с поверхностью твердого тела может быть выражена следующим уравнением:
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

При совместном решении обоих уравнений получаем
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

Для смачивания необходимо соблюдение следующих условий:
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

Величина краевого угла смачивания оказывает большое влияние на процесс пропитки спеченного пористого скелета. Пропитка происходит тем лучше, чем меньше угол смачивания.
Теоретические основы пропитки наиболее полно разработаны Дерягиным. Сущность основных положений его теории заключается в следующем.
Пусть некоторый участок фронта пропитки за некоторое время продвигается в новое положение, заполнив при этом объем пор Δv с поверхностью стенок ΔS
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

где р — падение давления в толще l пропитанного объема за счет внутреннего трения жидкости;
А — удельная работа смачивания.
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

где l — толщина пропитанного слоя;
K — коэффициент фильтрации;
δ — отношение объема пор по всему объему тела;
∑ — удельная поверхность пропитываемого тела;
σ — поверхностное натяжение жидкости;
θ — краевой угол смачивания.
Взаимодействие твердой поверхности с жидкостью сопровождается всегда выделением или поглощением тепла (теплота смачивания).
Это может быть выражено следующим уравнением:
Взаимодействие твердых поверхностей с жидкостью

где S — площадь твердого тела;
ΔN — теплота, выделяющаяся при догружении в жидкость 1 г твердого тела;
Fж — суммарная поверхность смачивающей жидкости.
Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, т. е. до/дТ>0, поэтому образование новой поверхности всегда сопровождается увеличением энтропии.
При изготовлении так называемых «потеющих» материалов, т. е. пористых спеченных материалов, применяемых в качестве охлаждающих стенок, через которые пропускаются жидкости под определенным давлением, большое значение имеет проницаемость этих материалов и ее стабильность. На эти показатели оказывает большое влияние величина поверхностного натяжения, с увеличением которого проницаемость материала, как правило, снижается.
Поверхностное натяжение оказывает также существенное влияние на процесс спекания, ускоряя иди замедляя его в зависимости от величины этого натяжения.