Материалы в высокодисперсном состоянии

Получение высокодисперсных материалов

Основным способом получения дисперсных материалов является измельчение вследствие удара и истирания. Такое механическое воздействие приводит к необратимой деформации — разрушению кристаллической решетки. В поверхностном слое частиц накапливаются сдвиговые деформации кристаллической решетки. Такое изменение взаимного расположения структурных элементов поверхностных слоев называется аморфизацией поверхностного слоя (слой Бейбли). Аморфизация возникает вследствие разогрева поверхности частиц от трения при помоле, от выделения теплоты обратимых и необратимых деформаций кристаллической решетки. Аморфизация зависит от способа помола, так, для кварца при сухом помоле глубина аморфизированного слоя составляет 15—16 нм, при мокром помоле — 1,6—2,0 нм.

При внешних воздействиях на кристалл он раскалывается по плоскостям спайности, возможно раскалывание и по другим плоскостям кристаллической решетки, если эти плоскости имеют различного рода дефекты. Зная поверхностную энергию о и образовавшуюся поверхность AS, можно оценить затраты энергии на образование этих поверхностей:

Дисперсные системы могут быть получены выделением твердой фазы из пересыщенных растворов жидкой фазы, конденсацией из газовой или паровой фазы.

В зависимости от размера частиц все дисперсные системы классифицируются:

• — грубодисперсные системы (шламы, шликеры, эмульсии), состоящие из частиц крупнее 10″⁶ м;
• — системы промежуточной дисперсности (тонкие взвеси, дымы, пористые тела), состоящие из частиц 10^-6— 10^-7 м;
• — высокодисперсные системы (собственно коллоиды), состоящие из частиц размером 10~⁷—10″ ⁹ м.

При разрушении кристаллических материалов, таких как кварц, трещина разрушает значительное количество связей Si-0-Si и Si-O. При этом на поверхности новой частицы образуются ионы Si⁴⁺ и О^2- с ненасыщенными валентными связями. Такая поверхность имеет высокую энергию и реакционную способность. При измельчении на воздухе на поверхность сразу же адсорбируются атомы кислорода из окружающего воздуха, что приводит к понижению поверхностной энергии. При измельчении в воде за счет адсорбции молекул воды поверхностная энергия кварца понижается более чем в 2 раза по сравнению с вакуумом. Примерно также действуют структурные группы ацетона, бензола, спирта при помоле в этих жидких средах. Подобный эффект ускорения измельчения во влажной среде получил название адсорбционного понижения прочности твердого тела.

Для повышения эффективности измельчения большое значение имеет открытый П. А. Ребиндером эффект понижения прочности твердых материалов под влиянием поверхностно-активных веществ (ПАВ). Молекулы ПАВ, адсорбируясь на поверхности частиц, снижают величину поверхностной энергии. Адсорбция ПАВ приводит к частичному насыщению свободных химических связей на поверхности твердой фазы, препятствуя смыканию микротрещин поверхности.