陶瓷材料在高温基底上的润湿行为：高温接触角测试技术与应用

  在许多工业领域，如金属基复合材料的制备、高温防护涂层的烧结、钎焊陶瓷与金属、以及核燃料棒包壳材料的研发中，熔融陶瓷（或玻璃质）材料与高温固体基底（如金属、合金或其他陶瓷）之间的相互作用是决定最终产品性能的核心环节。润湿性，最直观地通过接触角来表征，是评判这种相互作用好坏的首要指标。

  接触角θ越小，表明润湿性越好，熔体越容易在固体表面铺展；反之，θ越大（如>90°），则润湿性差，熔体倾向于团聚。因此，高温接触角测试成为了解和掌控陶瓷材料在高温环境下行为规律的“眼睛"。高温接触角测试的基本原理与常温下的座滴法（Sessile Drop Method）一脉相承。其核心过程是：

1．将制备好的陶瓷样品（通常制成小块、圆柱或球体）放置于基底材料之上。

2．将二者一同置于高温炉中，在可控气氛（高真空、惰性气体或特定反应气体）下，以预定程序加热。

3．当温度升至超过陶瓷的熔点或软化点时，陶瓷开始熔化，形成一个液滴坐在固体基底上。

4．通过观察窗，利用高速摄像机记录熔融陶瓷液滴的形态演变过程。

5．最终，在系统达到热力学平衡或准平衡状态时，通过图像分析软件提取液滴轮廓，并采用Young-Laplace方程拟合，计算出最终的平衡接触角。

影响熔融陶瓷高温接触角的主要因素包括：

1．材料本身性质：陶瓷熔体的表面张力（γlv）和基底的表面能（γsv）是决定平衡接触角的内在热力学参数。

2．温度：温度升高通常会降低熔体的表面张力和粘度，同时促进界面反应，从而显著影响接触角。

3．气氛：氧分压对氧化物陶瓷的润湿行为影响巨大。微量的氧气也可能改变金属基底的表面张力。

4．界面化学反应：若熔融陶瓷与基底发生反应，生成新的界面化合物，会从根本上改变界面能（γsl），通常能改善润湿性（降低θ）。例如，含Ti活性钎料在陶瓷表面的铺展。

5．表面粗糙度与孔隙率：基底的物理形貌会对表观接触角产生显著影响，通常粗糙度会放大其本征润湿趋势。

  高温接触角测试技术，通过精确模拟“将陶瓷溶解（熔融）到样品上"的真实高温过程，为我们提供了定量研究陶瓷材料高温润湿与界面行为的强大工具。它所获得的动力学和热力学数据，是理解和优化众多高温工艺不可huo缺的核心依据。