2.2.2. Вторая стадия – адгезия

Адгезия и адсорбция развиваются только на поверхности без образования промежуточных слоев. Расстояние, на котором действуют адгезионные силы, не превышает нескольких нанометров. Для адгезии важно обеспечить благоприятные энергетические условия, облегчающие переход от Ван-дер-ваальсовых сил физической связи к более прочным ионным и ковалентным силам химической связи. Последнее требование реализуется при активации атомов и молекул, находящихся на поверхности. Активация осуществляется:

• при нагревании тел;

• химическим растворением и удалением загрязнений поверхности;

• механическим удалением микронного слоя с соприкасающихся материалов;

• сублимацией загрязнений в вакууме;

• ионно-плазменной очисткой и т.п.

Анализировать факторы, стимулирующие и подавляющие адгезию, без учета природы конкретных материалов подложки и пленки, не представляется возможным, так как характер их взаимодействия зависит не только от параметров состояния (температуры, состава, давления), но и от природы взаимодействующих материалов. Можно лишь провести качественную оценку взаимодействующих поверхностей, исходя из их химической природы. Ориентиром в таких оценках может служить сродство химической основы соединяемых материалов.

Экспериментальное определение силы адгезии основано на том факте, что она равна по значению, но обратна по знаку силе отрыва пленки от подложки. Поэтому силу адгезии рассчитывают по усилию отрыва.

2.2.3. Третья стадия – смачивание

Смачивание соединяемых поверхностей жидким припоем или расплавом при микросварке проявляется как растекание капель жидкости на твердом теле или как оттекание, когда слой жидкости собирается в капли. Поверхностный слой любого тела обладает избытком энергии (поверхностная энергия). Для атомов, молекул и ионов, находящихся на поверхности раздела фаз, характерно наличие нескомпенсированных сил, т. е. они являются источниками силового поля. Это силовое поле вызывает сжатие поверхностного слоя, возникают силы упругости.

Рис.2.1. Форма капли жидкости на твердой поверхности

Степень смачивания характеризуется видом и степенью искривления поверхности жидкости в месте соприкосновения трех фаз: твердой, жидкой и паровой (газовой или атмосферной). Такое искривление называют мениском (рис. 2.1). Степень смачивания определяет форму капли жидкости на твердой поверхности. Мерой смачивания обычно служит контактный угол (угол смачивания) φ между смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости по периметру смачивания (рис. 2.1, а).

Условие равновесия соприкасающихся фаз описывается уравнением

Отсюда

Если σ_тв-ж< σ_тв-п, то φ<π/2. В этом случае жидкость имеет вогнутый мениск (хорошо смачивает поверхность твердого тела). Если σ_тв-ж > σ_тв-п , то φ > π/2. При этом условии жидкость имеет выпуклый мениск (плохо смачивает поверхность).

В капилляре радиусом r_к уровень смачивающей жидкости выше, чем в сообщающемся с ним широком сосуде (рис. 2.1, б), на высоту капиллярного подъема жидкости:

h = (2σ • cos φ)/( r_к •ρ • g), где ρ — плотность жидкости; g — ускорение силы тяжести.