第四章-固相反应与烧结(高级课件)
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一 、固相反应1、固相反应:是固体直接参与化学反应并起化学催化作用,同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反应。
这时,控制速度不仅限于化学反应,也包括扩散等物质迁移和传热等过程,可见,固相反应除固体间的反应外也包括有气、液相参与的反应。
2、固相反应的两个特点:(1)固体质点(原子、离子或分子)间具有很大的作用键力。
因此,固态物质的反应活性通常较低,速度较慢。
在多数情况下,固相反应总是发生在两种组分界面上的非均相反应。
对于粒状物料,反应首先是通过颗粒间的接触点或面进行,随后是反应物通过产物层进行扩散迁移,使反应得以继续。
因此,固相反应一般包括相界面上的反应和物质迁移两个过程。
(2)在低温时,固体在化学上一般是不活跃的,因而固相反应通常需在高温下进行。
由于反应发生在非均相系统,于是传热和传质过程都对反应速度有重要的影响,而伴随反应的进行,反应物和产物的物理化学性质将会变化,并导致固体内温度和反应物浓度分布及其物性的变化。
这些都可能对传热、传质和化学反应过程产生影响。
3、固相反应历程:固相反应一般是由相界面的化学反应和固相内的物质迁移两个过程构成的。
4、相界面上化学反应:不同的反应系统都包括以下3个过程,即反应物之间的混合接触并产生表面效应,化学反应和新相形成,以及晶体成长和结构缺陷的校正。
5、反应物通过产物层的扩散:当中两反应颗粒间形成一层产物之后,进一步反应将依赖于一种或几种反应物通过产物层的扩散得以继续,这种迁移扩散可能通过晶体内部晶格、表面、晶界或晶体裂缝进行。
6、影响固相反应的因素:(1)反应物化学组成、结构及活性影响:反应物化学组成与结构是影响固相反应的内因,是决定反应方向和反应速率的重要因素。
反应物活性与结构状态有关。
显然,新生态的反应物晶格常数大、晶格缺陷多、结构松弛,反应物活性高。
(2)反应物颗粒尺寸、均匀性及比例的影响:a 、反应物颗粒尺寸通过下述途径影响反应速率:首先是通过改变反应界面和扩散截面以及改变颗粒表面结构等效应来完成的。