第四章-固相反应与烧结.ppt

2）扩散传质 对象：蒸汽压低的固体材料。 　颈部应力模型 说明：颈部应力主要由 (张应力) 颈部应力 理 想 状 况 实际状况 颗粒尺寸、形状、堆积方式不同， 颈 部形状不规则?接触点局部产生剪应力 ?晶界滑移，颗粒重排 ? 密度?，气孔率? (但颗粒形状不变，气孔不可能完全消除。) 　颗粒中心靠近机理 中心距缩短，必有物质向气孔迁移，气孔作为空位源。 空位消失的部位： 自由表面、晶界、位错。 考查空位浓度变化。 b、不同区域浓度 自颈部到接触点浓度差：?1C = Ct－Cc 自颈部到内部浓度差：?2C = Ct－C0 结论： CtC0Cc ?1C ?2C c、扩散途径 ( 结论： CtC0Cc ?1C ?2C ) 空位扩散：优先由颈表面?接触点； 其次由颈表面?内部扩散 原子扩散：与空位扩散方向相反，扩散终点：颈部。 3)、扩散传质的动力学关系 a、初期：表面扩散显著。 　　表面扩散温度体积扩散温度 例：Al2O3 T体积＝900℃；T表面＝330℃ 特点：气孔率大，收缩约1％。 原因：表面扩散对空隙的消失和烧结体收缩无明显影响。 根据 　　颈部?晶粒内部的空位扩散速度＝颈部V增长的速度 和 颈部生长速率 换成体积收缩或线收缩：(中心距逼近速率) 讨论： (1)、烧结时间 t Al2O3 1300℃ 原因： 措施：保温，但时间不宜过长。 （2）原料起始粒度： 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 在1600℃烧结100hAl2O3的颗粒尺寸对接触面积生长的影响 说明：在扩散传质的烧结过程中，控制起始粒度很重要。 （3）温度对烧结过程有决定性作用。 Y：烧结收缩率 ?L/L K：烧结速率常数； t：烧结时间。 公式变形 　前提：温度和粒径恒定 烧结活化能Q值 　综合各种烧结过程 * 1、固相反应的定义： 广义：凡是有固相参与的化学反应。 例：固体的分解氧化、 固体与固体的化学反应、固体与液体的化学反应 狭义：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体产物的过程. 一、概　述 第四章 固相反应与烧结 4.1 固相反应 (Solid State Reaction) 2、固相反应的特点： 固体质点间具有很大的作用键力，扩散受到限制，故固态物质的反应活性通常较低，速度较慢。在多数情况下，固相反应是发生在两种组分分界面上的非均相反应。 在低温时，固体在化学上一般是不活泼的，因而固相反应通常需要在高温下进行。 固相反应通常由几个简单的物理化学过程构成的，如化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等，但化学反应仍是主要的过程。 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 当反应物之一有晶型转变时，则转变温度通常是反 应开始明显的温度 －－海德华定律 Hedvall’s Law 　控制反应速度的因素： 化学反应本身 反应新相晶格缺陷调整速率 晶粒生长速率 反应体系中物质和能量的输送速率 (2) 按反应性质分 加成反应 置换反应 热分解反应 还原反应