《无机材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第十二章 固相反应

河北联合大学第十二章固相反应无机材料科学基础

河北联合大学 无机材料科学基础 第十二章 固 相 反 应

本章主要内容和重点、难点无机材料科学基础 第十二章 固相反应固相反应概述（掌握内容）主要内容固相反应动力学（掌握内容）影响固相反应速度的因素（理解内容）

本章主要内容和重点、难点 无机材料科学基础 第十二章 固相反应 主 要 内 容 固相反应概述（掌握内容） 固相反应动力学（掌握内容） 影响固相反应速度的因素（理解内容）

S1固相反应概述无机材料科学基础第十二章 固相反应一固相反应的定义固相反应在无机非金属固体材料的高温过程中是一个普遍的物理现象，它是一系列合金、传统硅酸盐材料以及各种新型无机材料生产所涉及到的基本过程之一。固体的反应能力比气相和液相低很多。在较长时间内，人们对它的了解和认识甚少。系统的研究工作只是三、四十年代以后的事。在这方面，泰曼及其学派在合金系统方面、海德华、杨德尔、瓦格纳在非合金方面的工作占重要地位

§1 固相反应概述 一.固相反应的定义 固相反应在无机非金属固体材料的高温过程中是一个普 遍的物理现象，它是一系列合金、传统硅酸盐材料以及各种 新型无机材料生产所涉及到的基本过程之一。固体的反应能 力比气相和液相低很多。在较长时间内，人们对它的了解和 认识甚少。系统的研究工作只是三、四十年代以后的事。在 这方面，泰曼及其学派在合金系统方面、海德华、杨德尔、 瓦格纳在非合金方面的工作占重要地位。 无机材料科学基础 第十二章 固相反应

S1固相反应概述无机材料科学基础第十二章 固相反应1.泰曼学派通过扩散的知识，能够知道：即使在较低温度下，固体中质点也可能扩散迁移，并随温度的升高扩散速率以指数规律增长。泰曼研究了CaO、MgO、PbO与WO,的反应：分别让两种氧化物的晶面彼此接触并加热，发现在接触面上生成着色的钨酸盐化合物，其厚度x与反应时间t成比例（x=klnt+c），因此，泰曼学派认为：1）固态物质间的反应是直接进行的，气相或液相没有或不起作用；

§1 固相反应概述 1.泰曼学派 通过扩散的知识，能够知道：即使在较低温度下，固体 中质点也可能扩散迁移，并随温度的升高扩散速率以指数规 律增长。泰曼研究了CaO、MgO、PbO与WO3的反应：分别让两 种氧化物的晶面彼此接触并加热，发现在接触面上生成着色 的钨酸盐化合物，其厚度x与反应时间t成比例（x=klnt+c） ，因此，泰曼学派认为： 1）固态物质间的反应是直接进行的，气相或液相没有或不起 作用； 无机材料科学基础 第十二章 固相反应

S1固相反应概述无机材料科学基础第十二章 固相反应2）固相反应的开始温度远低于反应物的熔点或系统的低共熔温度。这一温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度相一致。常称泰曼温度或烧结开始温度。对于不同物质的泰曼温度与其熔点间存在一定的关系。例如，对于金属为0.3-0.4Tm；盐类为0.57Tm；硅酸盐为0.8-0.9Tm。3）当反应物之一存在多晶转变时，则转变温度通常也是反应开始变为显著的温度，这一规律称为海德华定律，泰曼学派提出狭义的固相反应：固体与固体间发生化学反应生成新的固体产物的反应。随着研究的深入，发现许多固相反应的实际速度比泰曼温度理论计算的结果快

§1 固相反应概述 2）固相反应的开始温度远低于反应物的熔点或系统的低共熔温 度。这一温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度相 一致。常称泰曼温度或烧结开始温度。对于不同物质的泰曼 温度与其熔点间存在一定的关系。例如，对于金属为0.3- 0.4Tm；盐类为0.57Tm；硅酸盐为0.8-0.9Tm。 3）当反应物之一存在多晶转变时，则转变温度通常也是反应开 始变为显著的温度，这一规律称为海德华定律。 泰曼学派提出狭义的固相反应：固体与固体间发生化学反 应生成新的固体产物的反应。随着研究的深入，发现许多固相 反应的实际速度比泰曼温度理论计算的结果快。 无机材料科学基础 第十二章 固相反应

S1固相反应概述无机材料科学基础第十二章 固相反应2.金斯特林格学派提出在固相反应中气相或液相起到很重要的作用广义的固相反应：凡是有固相参与的化学反应都可称为固相反应。固态反应物（一种或以上）→固态产物（一种或以上）

§1 固相反应概述 2.金斯特林格学派 提出在固相反应中气相或液相起到很重要的作用。 广义的固相反应：凡是有固相参与的化学反应都可称为 固相反应。 无机材料科学基础 第十二章 固相反应 固态反应物（一种或以上）→固态产物（一种或以上）

S1固相反应概述无机材料科学基础 第十二章 固相反应3.多相反应随着材料科学的迅猛发展，出现了多相反应的概念：化学气相沉积中通常开始参加反应的是两个气相：在耐火材料腐蚀中最终产物不一定有固态。凡是具有以下特点的反应称为多相反应。反应在相界面上进行：反应一般有三个阶段：物质传输到界面：在相界面上反应形成产物层：有时反应产物传输离开相界面

§1 固相反应概述 3.多相反应 随着材料科学的迅猛发展，出现了多相反应的概念：化 学气相沉积中通常开始参加反应的是两个气相；在耐火材料 腐蚀中最终产物不一定有固态。凡是具有以下特点的反应称 为多相反应。 ◆反应在相界面上进行； ◆反应一般有三个阶段：物质传输到界面；在相界面上反应 形成产物层；有时反应产物传输离开相界面。 无机材料科学基础 第十二章 固相反应

S1固相反应概述无机材料科学基础第十二章 固相反应理解内容二.固相反应的分类依反应的性质可分为四类1.加成反应（A、B为任一单质或化合物）A(s)+B(s)AB(s)SS2MgoAl03MgAhO4-A13+Mg2+-Mg0 +Al203→MgAl2043Mg2++4A1203→3MgA1,04+2A13+2A13++4Mg0→MgA1204+3Mg2+

§1 固相反应概述 二.固相反应的分类 理解内容 依反应的性质可分为四类 1.加成反应（A、B为任一单质或化合物） MgO + Al2O3 → MgAl2O4 3Mg2+ + 4Al2O3→3MgAl2O4 + 2Al3+ 2Al3+ + 4MgO→MgAl2O4 + 3Mg2+ 无机材料科学基础 第十二章 固相反应 S1 S2 MgO MgAl2O4 Al2O3 M g2 + → ←Al3 + A(s)+B(s)——AB(s)

S1固相反应概述无机材料科学基础 第十二章 固相反应2.造膜反应（固气反应，A、B为单质）A(s) +B(g)-AB(s)Zn （s） + 0.50,（g）—Zn0(s)ZnOZn;或eZn02

§1 固相反应概述 2.造膜反应（固气反应，A、B为单质） Zn（s）+ 0.5O2（g）——ZnO(s) 无机材料科学基础 第十二章 固相反应 Zn ZnO Zni或e O2 A(s)+B(g)——AB(s)

S1固相反应概述无机材料科学基础第十二章 固相反应3.分解反应（固气反应较大吸热反应，伴随着分解产物的扩散过程）AB(s)——A(s)+ B(g)MgCO3(s)一一MgO（s）+CO2（g)4.置换反应（反应物必须在两种产物层中扩散通过）A（s)+BC-AC(S)+B(S(SAC S) + BDABS+CD(SS

§1 固相反应概述 3.分解反应（固气反应 较大吸热反应，伴随着分解产物的 扩散过程） MgCO3(s)——MgO（s）+ CO2（g） 4.置换反应（反应物必须在两种产物层中扩散通过） 无机材料科学基础 第十二章 固相反应 AB(s)——A(s)+ B(g) A（s）+ BC（s）——AC（s）+ B（s） AC（s）+ BD（s）——AB（s）+ CD（s）