第八章固固反应.ppt

* §8.1 概述 §8.2 固–固相间的扩散 §8.3 固–固相反应模型 第八章 固–固反应 * §8.1 概述 * 8.1.2 分类 ① 加成反应：固态反应物→固态产物 ② 固态反应物→含气态产物的生成物 ③ 交换反应：反应物之间的阴离子和阳离子互相交换生成产物。 本章仅涉及① ②。 §8.2 固–固相间的扩散 在固–固反应中扩散很重要，因为它的速度缓慢，成为速度控制步骤。 主要有两类：① 简单物理扩散 ② 伴有化学反应的固–固相扩散 * 8.2.1 简单物理扩散–Kirkendall效应 1）Kirkendall效应 例 金棒和镍棒连在一起，在两棒连接面置一钨丝作惰性标志，在900℃长时间退火。 金的扩散比镍快得多。 扩散结果：惰性标志从原始位置向试样的金端移动，这种运动称为 Kirkendall效应。 * 2）扩散规律 设观察者处在随扩散运动的晶面上 则， （8–1） 设观察者处于静止平面上。 则， （8–2） 为平均速度 对于穿过静止平面上的单元体积内金 的积累，它等于进入该体积的金与离 开的金的差值。 取 ，则得 （8–3） * 将式（8–2）代入（8–3） （8–4a） 同理，对于镍： （8–4b） 设单位体积内空位浓度为一常量，即体积不变 则 （8–5） 将（8–4a）（8–4b）相加，并结合（8–5） 得 （8–6） （8–7） 这样，金的累积速度可用扩散系数和浓度梯度表示。 * 将（8–7）代入（8–4）得 假设 （8–9） 则 （8–10） 即为Fick第二定律， 为互扩散系数。 （8–7）和（8–9）是一个无限扩散偶中等温扩散结果的完全描述，处理方法与扩散机理（空位扩散等）无关。 可由 和 算出 、 。 * 8.2.2 伴有化学反应的固–固相扩散 在固–固相体系中，一旦因为相界面过程形成了产物层以后，要使反应能持续进行，一个或二个反应物必须经过该反应物层扩散和反应。除在单一物层内的扩散问题外，在某些情况下，必须经过多层产物的扩散。 例如，① 置换反应：AB + CD = AD + BC ② 生成尖晶石 如 * 8.2.2 伴有化学反应的固–固相扩散 在固–固相体系中，一旦因为相界面过程形成了产物层以后，要使反应能持续进行，一个或二个反应物必须经过该反应物层扩散和反应。除在单一物层内的扩散问题外，在某些情况下，必须经过多层产物的扩散。 例如，① 置换反应：AB + CD = AD + BC ② 生成尖晶石 如 固体的扩散： 单晶：主要通过空位机理进行，即离子空位梯