Поверхностное натяжение жидких тугоплавких оксидов
Поверхностное натяжение (поверхностная энергия) жидких тугоплавких оксидов представляет практический интерес при использовании жидкофазных технологий производства сверхвысокотемпературных композиционных материалов. Сравнительная оценка поверхностного натяжения жидких тугоплавких оксидов, измеренного в вакууме и восстановительной атмосфере, свидетельствует о влиянии среды на его величину. По результатам исследований сделан вывод о том, что восстановительная атмосфера способствует снижению поверхностного натяжения жидких тугоплавких оксидов. Это важно для определения условий проведения технологических процессов производства композитов.
Поверхностное натяжение жидких оксидов Al2O3, Ti2O3, V2O5, Nb2O5 приведено в табл. 6.6.
Зависимости поверхностного натяжения жидкого оксида алюминия от давления при постоянных температурах удовлетворительно описываются уравнением Шишковского
где о0 — поверхностное натяжение в вакууме, Н/м; z0 (моль*см-2) и b (МПа-1) — константы, учитывающие влияние среды на величину поверхностного натяжения; P — давление газа в объеме измерительной системы, МПа.
Численные значения констант (6.63) для температурного интервала 2325—2700 К, полученные при измерении поверхностного натяжения оксида алюминия в среде азота, составили:
Анализ температурной зависимости поверхностного натяжения бинарных систем на основе оксида алюминия показал, что для системы Al2O3-BeO величина поверхностного натяжения уменьшается с увеличением содержания BeO в основе расплава и при 60 % BeO o = 450 Н/м (T = 2575 К).
Для систем Al2O3-MgO и Al2O3-Cr2O3 наблюдается обратная зависимость изменения поверхностного натяжения при увеличении содержания второго компонента.
Поверхностное натяжение жидких тугоплавких оксидов на основе оксида алюминия, содержащих до 60 % второго компонента, повышается для системы Al2O3-MgO в интервале температур 2202—2402 °С на 50 Н/м, а для системы Al2O3-Cr2O3 на 70 Н/м по сравнению с искомым параметром для нелегированного Al2O3.
Введение в основу (Al2O3) оксида кремния сопровождается резким уменьшением величины поверхностного натяжения бинарной системы Al2O3-SiO2, при 70 % SiO2 о = 400 Н/м (2000 °С).
Оценка возможности расчета поверхностного натяжения бинарных оксидных расплавов по методу, предложенному А.А. Жуховицким, показала, что метод позволяет рассчитывать величину поверхностного натяжения сложных оксидных расплавов с использованием значений величин поверхностного натяжения его компонентов и значений их активностей в расплаве.
В основу расчета положены уравнения
где о1 и o2 — поверхностное натяжение компонентов; b01 — удельное число молей первого компонента в поверхностном слое; a1пов, а2пов (аi) — активность компонента в поверхностном слое и в объеме; в = w1/w2 — коэффициент вытеснения (w — парциальная молярная площадь компонента).
Однако для ряда систем численные значения активностей компонентов расплава неизвестны, что затрудняет расчеты. Поэтому расчеты поверхностного натяжения систем могут быть проведены в предположении, что эти растворы соответствуют модели, предложенной М.И. Темкиным.