最新无机材料科学基础课件固相反应教学讲义ppt课件.ppt

《最新无机材料科学基础课件固相反应教学讲义ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、无机材料科学基础课件固相反应L1＋L2S1＋S2扩散快反应快均相中反应一般室温下反应扩散慢反应慢界面上反应高温下反应2、特点：固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使反应只能在界面上进行，反应物浓度不很重要，均相动力学不适用。3、泰曼对于固相反应的特点：(1)固体间可以直接反应，g或L没有或不起重要作用；(2)固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰曼温度或烧结开始温度不同物质泰曼温度与其熔点的关系：金属0.3～0.4Tm泰曼温度盐类0.57Tm硅酸盐类0.8～0.9Tm一、一般动力学关系固相反应特

2、点：反应通常由几个简单的物理化学过程组成。如：化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等，只有每个步骤都完成反应才结束，因而速度最慢的对整体反应速度有决定性作用。第一节固相反应动力学方程MMOCC0O2前提：稳定扩散过程：1、M－O界面反应生成MO；2、O2通过产物层(MO)扩散到新界面；3、继续反应，MO层增厚根据化学动力学一般原理和扩散第一定律，VR＝KC例：以金属氧化为例，建立整体反应速度与各阶段反应速度间的定量关系当平衡时：V＝VR＝VD，说明：整体反应速率由各个反应的速率决定。反应总阻力＝各分阻力之和。讨论：(1)扩散速率>>化学反应速率(DC0/>>KC0),反应阻力主要来源于化学反

3、应－－－属化学反应动力学范围(2)化学反应速率>>扩散速率(KC0>>DC0/)，反应阻力主要来源于扩散－－－属扩散动力学范围(3)VR≈VD,属过渡范围，反应阻力同时考虑两方面二、化学反应动力学范围特点：VD>>VR1、均相二元系统反应反应式：mA＋nB＝pG设只有一个浓度改变，VR＝KnCn经任意时间，有x消耗于反应,即剩下反应物为(C－x)讨论：当n＝0，x＝K0t；n＝1，n＝2,2、非均相固相反应系统反应基本条件：反应物间的机械接触，即在界面上进行反应与接触面F有关。转化率(G)：参与反应的反应物，在反应过程中被反应了的体积分数。(1)设反应物颗粒呈球状，半径R0则时间t后，颗粒外

4、层有x厚度已被反应R0x则固相反应动力学一般方程为F为反应截面面积，F＝F/.NF/=4(R0-x)2＝4R02(1－G)2./3取单位重量系统，其密度为，则单位重量系统内总颗粒数当n＝0时，当n=1时，(2)假设颗粒为平板状，则固相反应与F无关，相当于均相系统(3)假设颗粒为圆柱状R0xl(4)、设颗粒为立方体时，a三、扩散动力学范围特点：VR>>VD1、杨德尔方程设以平板模式接触反应和扩散ABABxdxCA=C00设经dt通过AB层单位截面的A质量为dm由Fick第一定律得设反应产物AB密度为，分子量为且为稳定扩散_______抛物线速度方程而实际通常以粉状物料为原料，因而又作下

5、列假设：(1)反应物是半径为R0的等径球粒；(2)反应物A是扩散相，A成分包围B颗粒表面，且A、B和产物完全接触，反应自表面向中心进行；(3)A在产物层浓度梯度呈线性，而且扩散截面一定。R0xBA其中讨论：(1)FJ(G)～t呈直线关系，通过斜率可求KJ，又由可求反应活化能。(2)KJ与D、R02有关(3)杨德尔方程的局限性假定的扩散截面不变x/R0很小，因而仅适用于反应初期，如果继续反应会出现大偏差。G<0.32、金斯特林格方程R0xBA模型：仍用球形模型，放弃截面不变假设，同时讨论产物密度变化。在产物层内，(1)设单位时间内通过4r2球面扩散入产物层AB中A的量为dm/dt由Fick第

6、一定律(2)________金斯特林格积分方程________金斯特林格微分方程讨论：(1)适用更大的反应程度；由金斯特林格方程拟合实验结果，G由0.2460.616,FK(G)～t，有很好的线性关系，KK=1.83;由杨德尔方程知FJ(G)～t线性关系很差，KJ由1.81增加到2.25(2)从方程本身看：当i很小，dx/dt=K/i,当i,dx/dt很快下降并经历一最小值(i=0.5);当i＝0或i＝1dx/dt∞，说明进入化学动力学范围。(3)由Q～G作图QG1假如采用圆柱状颗粒，F(G)=(1-G)Ln(1-G)+G=Kt修正：当考虑反应物与生成物因密度不同所带来的体积效应，卡特

7、修正为：其中Z：消耗单位体积B组分所生成产物C组分的体积。一、反应物化学组成与结构的影响反应物结构状态质点间的化学键性质、各种缺陷的多少都会影响反应速率。实际：利用多晶转变、热分解、脱水反应等过程引起晶格效应来提高生产效率。如：Al2O3+CoOCoAl2O4常用轻烧Al2O3而不用较高温度死烧Al2O3作原料，原因为轻烧Al2O3中有－Al2O3－Al2O3转变，提高了Al2O3的反应活