Рост алмаза и графита из газовой фазы - Дерягин Б.В.
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии с этим принято различать внешнюю и внутреннюю удельную поверхность частиц. Первая — 5е — характеризует средний статистический размер (поперечник) частиц к и одновременно (при компактной упаковке) средний просвет пор, согласно формулам -т 4 4 е
а~ V ' 1-е '
где р — плотность частиц; ге — «внешняя» пористость, приравниваемая объемной доле транспортных пор порошка [59].
Внутренняя удельная поверхность 5/характеризует поверхность пор внутри частиц. Общая удельная поверхность очевидно равна
5 = 5е + 5,-.
Для многих материалов (абразивные и полировальные порошки, наполнители, пигменты и красители, порошки для кристаллизации капель в переохлажденных облаках и др.) интерес представляет только внешняя удельная поверхность, т. к. рабочие функции выполняет только внешняя поверхность.
В тех случаях, когда частицы этого класса имеют внутренние .,-поры, они могут только ухудшать их технологические свойства;
90
В подобных случаях совершенно неоправданно измерять с целью характеристики полную удельную поверхность порошков этого рода. Неоправданным является измерение удельной поверхности порошков этого класса даже при отсутствии пор внутри частиц методами типа адсорбционных, так как эти методы [78, 79], как правило, более трудоемки и сложны. Их же основное преимущество — измерять полную поверхность — в данном случае является бесполезным. Гораздо рациональнее поэтому применять более простые фильтрационные методы, которые несравненно удобнее. Во всех случаях, в том числе для сорбентов, практически важно иметь оптимальную дисперсность порошков или хотя бы знать средний размер их зерен.
Несмотря на очевидность и элементарность этих соображений, мы считаем необходимым их привести, так как использование адсорбционных методов измерения удельной поверхности по традиции весьма распространено и в тех случаях, когда интерес представляет только определение среднего размера частиц порошка.
Одна из причин преимущественного использования адсорбционных и других методов, измеряющих полную поверхность, состоит в том, что фильтрационные методы часто применяют в таком виде, который чреват серьезными ошибками. Методы же устранения таких ошибок недостаточно разработаны и сформулированы.
Все фильтрационные методы основаны на определении сопротивления течению жидкости или газа через слой порошка. Это сопротивление растет с ростом удельной поверхности. Однако одновременно оно зависит от пористости и структуры слоя частиц. Эта зависимость затрудняет извлечение однозначной информации об удельной поверхности на основании измерений сопротивления фильтрации.
В зависимости от соотношения средней длины свободного пробега молекул газа К и характерного размера поровых пространств I различают два предельных режима течения газа: вязкий или пуазейлев-ский, характеризующийся соотношением X <^ I, и молекулярный или кнудсеновский, характеризующийся соотношением К I. Соответственно существуют методы определения удельной поверхности, основанные на вязком течении (см., например, [80]) и методы, использующие свободно-молекулярный поток. Методы, основанные на газопроницаемости, имеют то преимущество, что они устраняют взаимодействие, могущее влиять на взаимное расположение частиц порошка или их размеры (при агрессивном воздействии). Особо следует отметить необходимость осушения рабочего газа перед измерением, так как капиллярная конденсация может существенно изменить результаты измерения. Во всех методах газопроницаемости точность и достоверность результатов зависит от упаковки порошков, их агрегативности. Для методов, использующих вязкий поток, равномерная укладка более важна, чем в случае свободно-молекулярного режима.
Для режима кнудсеновского течения (кнудсеновской диффузии предложены как стационарные [59, 81], так и нестационарные мето-
91
ды [81]. Превышение значений удельной поверхности, найденной нестационарным методом, над значением, найденным стационарным методом, для того же образца порошка указывает на внутреннюю пористость частиц, однако не позволяет ее количественно измерить.
В основу методов определения удельной поверхности дисперсных тел при кнудсеновском режиме течения положен коэффициент кнудсеновской диффузии ?>, теоретически найденный Б. В. Деряги-ным [59] для модели пористого тела или порошка в виде несоприкасающихся непористых шаров. Этот коэффициент равен
~ 24 т/НГ е3
°=иУ-1^Шг> (26)
где е — пористость; 5 — удельная поверхность; рт — насыпная плотность порошкообразного тела; М — молекулярный вес; Р — универсальная газовая постоянная; Т -— температура.
Метод, основанный на уравнении (26), предполагает1 независимость результатов измерения удельной поверхности от пористости образца. Однако в реальных системах возможно влияние пористости на величину удельной поверхности. Основное требование к образцам — равномерность укладки и отсутствие агрегатов. В противном случае, измерения будут давать удельную поверхность, характеризующую набор агрегатов из исходного порошка.
В тех случаях, когда пористость образца велика, т.. е. близка к единице, может реализоваться, как было показано Б. В. Деряги-ным и С. П. Бакановым [84], особый режим течения газа, промежуточный между кнудсеновским и вязкостным. Он возникает при таком разрежении газа, когда длина пробега молекул^удовлетворяет одновременно двум неравенствам
