《材料高温化学》PPT课件

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1、第一章材料高温化学1.1冶炼与提纯应用热力学概念、原理来寻求金属冶炼、提纯、防腐蚀的温度、气氛条件应用各组分的相变自由能、化学势、蒸汽压、分配系数的相互关系讨论区域精炼、蒸馏精炼、挥发精炼区域精炼ZoneRefining/ZoneMelting用可移动的加热器（如感应加热线圈）使含有杂质的金属锭升温，在金属锭中形成一个长约2-3厘米的狭窄熔化区。熔化区沿着金属锭长度以每小时若干厘米的速度缓慢移动，挨次的部分就熔化，同时杂质在熔化部分中富集，而基本金属则在再凝固部分中变得更纯，把含杂质多的金属锭末端切除。如果使这个过程重复若干次，可以使金属高度纯化。例知，在锗和硅的区域精炼中，

2、使过程重复五次即可使杂质降低到十亿分之一。区熔法示意图之二区域精炼原理区域精炼又称为带熔精炼、区域熔炼、区域提纯，是基于杂质在固相和液相间的溶解度差别（分配原理）实现的。以平衡分配系数K来衡量溶解度差别，平衡分配系数定义为杂质在固相中的浓度CS对杂质在液相中的浓度Cl之比值K=CS/ClK值愈小，杂质在平衡溶液中的溶解度差别就愈大，结晶过程中除去杂质的程度就愈高，亦即区域精炼的效果就愈好。分配系数就越接近于1区域精炼效率就越低。K

3、固的固相中的杂质含量最高K>1时，先凝固的固相中杂质含量高，而后凝固的固相中杂质含量低KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg电解法热还原法热分解法不同金属冶炼方法的选择KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg高温氧化倾向的判断自由焓准则2Me+O2=2MeO(高温)G<0，金属发生氧化。G=0，反应达到平衡。G>0，金属不可能发生氧化；反应向逆方向进行，氧化物分解。金属的高温氧化是指金属在高温气相环境中和氧或含氧物质(如水蒸汽、CO2、SO2等)发生化学反应，转变为金属氧化物。1.2高温氧化氧化物分解压pMeOPO2>pMeO，G<0，金属能

4、够发生氧化。PO2=pMeO，G=0，反应达到平衡。PO20，金属不可能发生氧化，而是氧化物分解。金属氧化物的分解压力各种金属氧化物按下式分解时的分解压力，atm温度oK2Ag2O4Ag+O22Cu2O4Cu+O22PbO2Pb+O22NiO2Ni+O22ZnO2Zn+O22FeO2Fe+O23004005006008001000120014001600180020008.4x10-56.9x10-124.9x10360.00.56x10-308.0x10-243.7x10-161.5x10-112.0x10-83.6x10-61.8x10-43.8x10

5、-34.4x10-13.1x10-389.4x10-312.3x10-211.1x10-157.0x10-123.8x10-94.4x10-71.8x10-53.7x10-41.8x10-461.3x10-371.7x10-268.4x10-202.6x10-154.4x10-121.2x10-99.6x10-89.3x10-61.3x10-684.6x10-562.4x10-407.1x10-311.5x10-245.4x10-201.4x10-166.8x10-149.5x10-125.1x10-429.1x10-302.0x10-221.6x10-195.9x10-14

6、2.8x10-113.3x10-91.6x10-7G0T平衡图G0为纵坐标，T为横坐标，得到G0T平衡图。每一条直线表示两种固相之间的平衡关系。从图上很容易求出取定温度下的氧化物分解压。Fe-O体系各氧化反应的∆Go-T关系式（1）2Fe+O2=2FeO∆Go=-124100+29.92T（2）2Fe+O2=2FeO（l）[注](l)表示熔融态∆Go=-103950+17.71T（3）3/2Fe+O2=1/2Fe3O4∆Go=-130390+37.37T（4）6FeO+O2=2Fe3O4∆Go=-149250+59.80T（5）6FeO（I）+O2=2Fe3O4∆G

7、o=-209700+96.34T0ok0oC40080012001530温度（℃）-2-4-6-8-10-12-14-16-18LgPo2-20-40-60-80-100-120-140-50-40-30-20△Go(Kcal)△G0-T平衡图(Fe-O体系)Fe2O3①③④②⑤⑥Fe3O4FeOFeO1370℃Fe570℃金属表面上的膜若要膜具有保护性，需达到如下条件●体积条件(P-B比)氧化物体积VMeO与消耗的金属体积VMe之比常称为P-B比。因此P-B比大于1是氧化物具有保护性的必要条件。氧化物