材料化学 5.固相反应.doc

第五章 固相反应动力学固相反应是多相反应的一种，狭义上指固固反应（包括固态相变），广义上讲包括固固，固液，固气等之间的反应。热力学是解决反应进行的方向和可能性，而动力学是讨论反应进行的过程，固相反应动力学研究固相之间反应速度、机理和影响反应速度的因素。固相反应一般是发生在相界面上，反应物、生成物并不是均匀分布于介质中，因此为非均相反应，其反应速度是时间和空间的函数。对于均相反应反应速率可以描述为：严格来说不能直接由反应方程式写出反应速度式来，因为一般情况下。当反应为基元反应时，即分子碰撞后一步即可完成的反应，可以认为相等，而非基元反应不同。对于上述反应速度表达式，忽略逆反应，为表观反应级数A为频率因子，为表观活化能 杨德尔方程Rx考虑如图模型，颗粒原始粒径为R，反应进行了t时间后，产物层厚度为x。当时，这就是平板反应模型（杨德尔方程），即反应物的生成速度与生成层的厚度成反比。定义反应转化率杨德尔方程在反应初期或颗粒较小时与实验比较吻合，在反应中后期就有较大偏差。 金斯特林格方程RxBA对于球状质点的扩散动力学进行分析，如果有，假设在高温下反应速度很快，A在C中的扩散成为了反应的控速环节。边界条件：在产物层R-x r 0r0r0表面过剩自由能： v：单个原子的体积。过剩空位浓度： 表面蒸汽压：例：陶瓷烧结过程中，材料内部的不规则气孔由于蒸发凝聚、扩散传质等机理将最终趋近于球形。6.3 烧结从热力学上分析，粉体烧结成为晶体的热力学驱动力为粉体表面能与块体材料界面能之差。设分析的表面自由能为，晶体的界面能为，粉体表面积为A，界面积为Agb， 反应才可自发进行。因此，提高粉体表面自由能可以促进烧结。材料烧结机制：蒸发凝聚机制溶解淀析机制扩散传质机制影响促进材料烧结的因素有：、降低粉体粒径。、提高粉体表面活性。、升高烧结温度。、必要的保护气氛。、外界压力。、合适的粉体粒径分布、添加烧结助剂，在烧结过程中产生液相，以促进颗粒重排，促进气体的排出以及促进传质。特种烧结法：热压烧结热等静压烧结微波烧结放电等离子烧结自蔓延燃烧烧结爆炸烧结激光烧结