ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностная энергия жидких и твердых тел из "Физико-химические процессы при пайке" Почти все физические и химические процессы в природе связаны с взаимодействием между атомами. Величиной межатомных сил определяются физико-химические свойства газообразных, жидких и твердых тел. Процессы смачивания и капиллярного течения жидкостей по поверхности твердого или жидкого тела также обусловлены наличием в них внутренних и поверхностных силовых полей. Проявление этих сил вызывает взаимодействия между молекулами внутри и на поверхности жидкости. Изолированная молекула, находящаяся внутри жидкости на расстоянии радиуса действия молекулярных сил, притягивает окружающие молекулы и одновременно находится под воздействием этих молекул. Равнодействующая всех сил равна нулю, в результате молекула внутри жидкости находится в равновесии. При перемещении молекулы к поверхности на расстояние, меньшее радиуса действия молекулярных сил, условие ее равновесия будет другим. Со. стороны молекул граничной газообразной фазы рассматриваемая молекула испытывает незначительное притяжение. Результирующая же сил одностороннего притяжения нижележащих молекул стремится втянуть ее внутрь жидкости. Другие молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, испытывают аналогичное воздействие и таким образом образуется поверхностный слой, который оказывает давление на жидкость. Толщина этого слоя составляет приблизительно 10 А. Свободная энергия поверхностного слоя направлена во всех точках перпендикулярно к поверхности и стремится сократить ее до минимума. Если другие силы не действуют на жидкость, она принимает форму шара, т. е. тела с наименьшей поверхностью при данном объеме. Значение поверхностной энергии жидкости и изменение под действием ее формы капли зависят от природы взаимодействующих веществ, соприкасающихся на границе раздела фаз. Чем ближе по величине значения их поверхностной энергии, тем меньше результирующая межфазная поверхностная энергия. [c.140] Коэффициент поверхностного натяжения соответствует силе на единицу длины н м) или работе на единицу поверхности (дж1м ). [c.141] Характер смачивания и капиллярного течения флюсов и припоев в условиях пайки во многом зависит от величины коэффициента поверхностного натяжения их расплавов, значения межфазного натяжения в контакте расплав флюса — расплав припоя и расплав припоя — основной металл, а также величины поверхностной энергии основного металла, находящегося в твердом состоянии. [c.142] Для однокомпонентных систем коэффициент поверхностного натяжения о на границе твердое тело — вакуум имеет максимальное значение, на границе жидкость — насыщенный пар — более низкое значение о, на границе твердое тело — жидкость коэффициент поверхностного натяжения имеет наименьшее значение. [c.142] Смачиваемость флюсами и припоями характеризуется их способностью в расплавленном состоянии взаимодействовать с поверхностью основного металла, а флюса еще и с поверхностью припоя, результатом чего является растекание припоя. [c.142] Р2 — давление с выпуклой стороны поверхности элемента. [c.144] Данное уравнение является первым законом теории капиллярности (формула Лапласа). Из него следует, что поверхностный слой жидкости, имеющий кривизну, оказывает добавочное давление по сравнению с тем, которое он испытывает при наличии плоской поверхности. Этим добавочным давлением обусловлены, главным образом, все капиллярные явления. [c.144] При растекании капли жидкости по плоской поверхности твердого тела, как уже отмечалось, условия ее равновесия выражаются в виде равновесия векторов сил поверхностного натяжения в точке на границе трех фаз. [c.144] Косинус угла 0, характеризующий смачивающую способность жидкости, называется коэффициентом смачивания. В том случае, если os0 О или 9 90 , жидкость смачивает поверхность твердого тела. Когда же os0 O или 0 9О°, жидкость практически не смачивает поверхность твердого тела. Полное смачивание поверхности твердого тела происходит при os 0 = 1 или при 0 = 0. [c.145] Как первое, так и второе уравнение капиллярности получены, исходя из предпосылки, что равновесие материального объекта рассматривается как равновесие всех приложенных к нему сил. [c.145] Поскольку в процессе пайки флюсы и припои находятся в жидком состоянии, то на них можно распространить первый и второй законы капиллярности. Однако при этом необходимо иметь в виду, что эти законы выведены для жидкостей, не взаимодействующих с твердым телом. В процессе же пайки происходят активные взаимодействия, поэтому капиллярные явления, протекающие при этом, более сложны и лишь приближенно описываются выведенными уравнениями. [c.145] Для измерения межфазного натяжения в контакте основной металл — расплавленный припой методом отрыва кольца может быть применена установка, изображенная на рис. 41, б. Образец 3 основного металла подвешивают к коромыслу весов 1 на тонкой нихромовой нити 2. Торец образца приводят в соприкосновение с зеркалом расплавленного припоя 4, находящегося в тигле, который помещен в электропечь 5, установленную на подъемном механизме 6. За величину межфазного натяжения принимается отношение величины груза (на чашке весов), необходимого для отрыва образца от зеркала расплава, к периметру торца образца. [c.147] Подставив эти выражения в уравнение (IV. 13), получим общее дифференциальное уравнение капли, для которого предложены различные частные решения, имеющие ограниченное применение. В общем виде уравнение аналитически не проинтегрировано. Наиболее удобная и достаточно точная методика расчета основана на приближенном графическом интегрировании основного уравнения поверхности капли [2]. [c.148] Коэффициенты поверхностного натяжения расплавов чистых металлов при температуре плавления приведены в табл. 24 [3]. [c.148] Поверхностная энергия твердых тел. Силы взаимодействия в твердых металлах по своей природе идентичны силам, действующим в расплавах отличие связано лишь с различной подвижностью атомов и ионов. [c.151] По аналогии с жидкостями работа перемещения внутренней частицы кристалла на поверхность превращается в потенциальную энергию частицы. Следовательно, поверхностные частицы кристалла обладают большей потенциальной энергией, чем внутренние, и на поверхности сосредоточивается избыток энергии. Оценивая поверхностную энергию металлов в твердом состоянии, необходимо учитывать также избыточную энергию, вносимую дефектами решеток кристаллов. [c.151] Представления о кристаллах, как геометрически правильных системах, — идеализированы. Исходя из них, невозможно объяснить такие явления, как рост кристаллов и рекристаллизация, теплота и электропроводность, диффузионные и другие структурно-чувствительные свойства кристаллов . Причиной расхождения между теоретической и реальной прочностью металлов оказалос несовершенство реальных кристаллов. [c.151] Внедренные ионы могут располагаться в узлах решетки, где они замещают ион основного металла, или в междоузлиях. К точечным дефектам, наряду с вакансиями и внедренными ионами, относят также смещение иона в место, которое не является узлом решетки. [c.152] Для металлов энергия дислокации составляет порядка 10- дж/м 0- эрг см). [c.152] Вернуться к основной статье