材料科學(xué)基礎(chǔ)---第七章擴(kuò)散與固相反應(yīng)-資料下載頁(yè)
2025-10-09 16:23本頁(yè)面
【正文】 d ??????????? 積分0。0dd 0xtxDCtx??KttDCx ???? 02 2—— 拋物線速度方程 局限性： 僅適用于反應(yīng)面積不變平板模型 ?楊德?tīng)柗匠? —— 圓球模型 楊德?tīng)柤僭O(shè)： 1) 反應(yīng)物是半徑為 R0的等徑球粒 2) 反應(yīng)物 A是擴(kuò)散相，即 A總是包圍著 B顆粒，且 A、 B與產(chǎn)物是完全接觸，反應(yīng)自球面向中心進(jìn)行。 3132)1(1)1(ddGGKtGJ???? —— 楊德?tīng)柗匠谭e分式 —— 楊德?tīng)柗匠涛⒎质? 局限性： 楊德?tīng)柗匠碳僭O(shè)擴(kuò)散面積一定，只能在 G很小時(shí)才成立，故此方程只能用于反應(yīng)初期，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較小 (或 X/R比值很小 )的情況。 兩圖分別表示了 2323 COB a S iOS iOB a C O ???3232 OZ n F eOFeZ n O ??和在不同溫度下 的關(guān)系tGF J ~)(? 金斯特林格方程 —— 反應(yīng)擴(kuò)散模型 設(shè) dt時(shí)間內(nèi)通過(guò) 4r2球面擴(kuò)散入產(chǎn)物層 AB中 A的量為 dm，由菲克第一定律： )(2 |dd4dtdmxxRr MrcrD ???????dt時(shí)間內(nèi) AB產(chǎn)物層 4r2dx體積內(nèi)積聚 A的量： ndxrdm ???? ? ??24ρ— 生成物 AB的密度 μ— 生成物 AB的分子量 n — 與 1molB反應(yīng)所需的 A的摩爾數(shù) xRrxRrdrdcDdtdxnndxrdtdrdcrD???? ???????????????????????????令22 44DrxdrdcxrdrdcD224)(M)(M4??????由⑴ ⑵ 式式代入將式式代入將)1()4(),4( )()2()3(),3( )(4)(M)(4)(M4)(M2000200????xrxRRCdrdcxxRRDCxxRRxDxCdxDrxdcRxRC?????????????? ?????????????????????????????????])1(1[ 2)321()( )(31020000GRxtKRxxxRxRKdtdxDCKxRxRDCdtdx令313139。20032)1(1)1( 2)1(321)(GGKdtdGtKtnRCDGGGFKKK??????????????—— 金斯特林格方程 KK KK 3139。 ? 金斯特林格動(dòng)力方程速率常數(shù) ?卡特動(dòng)力學(xué)方程 KtZZGZGZGF ca )1(2)1)(1(])1(1[)( 3232 ?????????Z— 消耗單位體積 B組分所生成產(chǎn)物 C組分的體積 第六節(jié) 影響固相反應(yīng)的因素 一 、 反應(yīng)物的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu) ? 從熱力學(xué)角度看 ， 在一定溫度 、 壓力條件下 ， 反應(yīng)進(jìn)行的方向是自由能 (△ G0)減少的方向 ,且△ G的負(fù)值越大 ， 反應(yīng)推動(dòng)力越大 。 ? 從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)看，反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)質(zhì)點(diǎn)的化學(xué)鍵性質(zhì)及各種缺陷的多寡都對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。同組成反應(yīng)物的結(jié)晶狀態(tài)、晶型由于熱歷史的不同出現(xiàn)很大差別，從而影響到這種反應(yīng)物的活性。 ? 同一反應(yīng)系統(tǒng)中固相反應(yīng)速度與反應(yīng)物比例有關(guān)。 二 、 反應(yīng)物顆粒尺寸及分布的影響 （ 1） 反應(yīng)物顆粒尺寸對(duì)反應(yīng)速率的影響 ， 首先在楊德?tīng)?、 金斯特林格動(dòng)力學(xué)方程中明顯地得到反應(yīng) 。 （ 2） 顆粒尺寸對(duì)反應(yīng)速率的影響的另一個(gè)方面是通過(guò)改變反應(yīng)界面和擴(kuò)散截面以及顆粒表面結(jié)構(gòu)等效應(yīng)來(lái)完成的 。 （ 3）同一反應(yīng)體系由于物料顆粒尺寸不同其反應(yīng)機(jī)理也可能會(huì)發(fā)生變化。 21RK ?三 、 反應(yīng)溫度 、 壓力與氣氛的影響 （ 1） 溫度升高均有利于反應(yīng)進(jìn)行 。 （ 2）壓力 P。 對(duì)于純固相反應(yīng)，壓力的提高可顯著地改善粉料顆粒之間的接觸狀態(tài) ，如縮短 顆粒之間距離，增加接觸面積等，并提高固相反應(yīng)速率。 （ 3）氣氛 。它可以通過(guò)改變固體吸附特性而影響表面反應(yīng)活性。 ?????? ????? )e x p(),e x p(K 0 RTQDDRTGA R四 、 礦化劑及其它影響因素 礦化劑的作用： （ 1） 影響晶核的生成速率 （ 2）影響結(jié)晶速率及晶格結(jié)構(gòu) （ 3）降低體系共熔點(diǎn) 無(wú)序擴(kuò)散 ：無(wú)外場(chǎng)推動(dòng)下，由熱起伏而使原子獲得遷移激活能從而引起原子移動(dòng)，其移動(dòng)方向完全是無(wú)序的，隨幾的（即不存在化學(xué)位梯度時(shí)質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散） 晶格擴(kuò)散： 晶體內(nèi)或晶格內(nèi)的任何擴(kuò)散過(guò)程。 本證擴(kuò)散： 僅僅由本身點(diǎn)缺陷作為遷移載體的擴(kuò)散。 非本證擴(kuò)散： 非熱能引起的擴(kuò)散。（如雜質(zhì)缺陷引起的擴(kuò)散和非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷引起的擴(kuò)散） 自擴(kuò)散： 一個(gè)原子蜿蜒通過(guò)僅有該原子組成的晶體的擴(kuò)散（原子擴(kuò)散是通過(guò)空位機(jī)制實(shí)現(xiàn)的）（一種原子或離子通過(guò)有該種原子或離子所構(gòu)成的晶體中的擴(kuò)散） 互擴(kuò)散： 多元系統(tǒng)中存在著幾種離子同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散。 穩(wěn)定擴(kuò)散： 擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)的濃度不隨時(shí)間改變。 不穩(wěn)定擴(kuò)散： 擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)的濃度隨時(shí)間改變。
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