Глоссарии

Стали

Интервал температур, °С	Стадии процесса и превращения в окалине (по В. И. Архарову) и металле	Закон роста калины
От комнатной до	Образование пленки, состоящей из •үҒе203	Логарифмический
200—400	Возникновение наружного слоя аРе^Оз на внешней стороне окалины	То же
400—575	Возникновение подслоя Ре3О4 на внутренней стороне окалины	Степенной
575—730	Возникновение подслоя РехО на внутренней стороне окалины	То же
730—780	Магнитное (аРе — *(ЗРе) и эвтектоидное (перлит — аустенит) превращение Аллотропическое превращение в стали ((ЗРе— *уре)	Параболический То же
730-1150
Выше 1100	Частная диссоциация Ре^Оз	Сложно- параболический

§7. Большинство химических процессов, применяющихся в различных отраслях промышленности, протекают с участием твердых фаз. К таким процессам относится получение металлов, сплавов, огнеупоров, силикатов, полупроводников, ферритов. При изучении физико-химических процессов в твердых фазах применяются методы экспериментальных исследований: термографический, рентгено-структурный, радиометрический.

При реакциях типа Л(_ТВ) + S_(ТВ) = С_(ТВ) продукт реакции может пространственно разделить исходные вещества и тогда дальнейшее течение реакции происходит в результате диффузии одного или обоих исходных веществ через продукт реакции. Первые подробные исследования реакций в твердых фазах при взаимодействии Nа₂СО₃ + ВаS0₄ = Nа₂S0₄ + ВаСО₃ показали, что выяснить механизм подвода регулирующих веществ в зону реакции через продукт реакции трудно. Исходя из этого, многие исследователи приходили к выводу, что в действительности химические реакции- взаимодействия твердых веществ невозможны и предполагали более вероятным протекание реакций в твердых телах через гипотетическую фазу или при частичном переходе зоны реакции в расплавленное состояние.

Во всех реальных кристаллах имеются дефекты кристаллического строения и многие свойства кристаллов полупроводников вы-званы наличием дефектов в их кристаллических решетках. В соответствии с этим диффузия и химические реакции в твердых фазах возможны при наличии дефектов или вакансий в кристаллах.

Между равновесным числом вакансий N_в и числом атомов N, составляющих рассматриваемое кристаллическое вещество, существует следующая температурная зависимость:

e^q/KT

где q _в — энергия образования вакансий. Так, для меди q_в = 0,9 эВ, при температуре 300 К концентрация вакансии N_в/N ≈ 10^-15%, а при 1250^о К N_в/N≈ 0,03%.

Атомы в кристаллах и жидкостях в результате самодиффузии перемещаются из одних положений равновесия в другие. В металлах с плотной упаковкой атомов самодиффузия осуществляется в основном через вакансии. Чтобы один из ближайших атомов мог занять вакансию, он должен обладать избыточной энергией q_диф, при этом между частотой атомных переходов ν, временем «оседлой жизни» атома τ и энергией активации самодиффузии q_с существует такая зависимость:

(1)

где t ₀ — период собственных колебаний атома

(τ₀ = 10); q_с = q_в + q_диф — энергия активации самодиффузии.

Рис.1. Образование дефектов в кристалличес-кой решетке:

а — кристалл с дефектами по Френкелю; б — идеальный кристалл; в — кристалл с дефектами по Шоттки.

Для меди q_С = 2,1 эВ при 1250 К, t = 10^-3 с. Эти данные свидетельствуют о том, что вакансии переходят из одного положения равновесия в другое тысячи раз в одну секунду.

Реальные кристаллы могут содержать два типа дефектов (вакансий): по Френкелю и Шоттки. По Френкелю некоторые ионы (катионы и анионы) располагаются в междоузлиях и оставляют свои обычные места в решетке незанятыми. Это приводит к образованию двух видов дефектов ионов в междоузлиях и вакансий (рис. 1). По Шоттки, эквивалентное число катионов и анионов может выходить на поверхность, оставлять свои обычные места в решетке и образовывать таким образом соединения и катионные и анионные вакансии.

Коэффициент диффузии для диффузионного процесса в твердых фазах имеет такое же значение, как и константа скорости для химической реакции. Зависимость коэффициента диффузии от температуры носит экспоненциальный характер и выражается уравне-нием

(2)

где D— коэффициент диффузии; D ₀ — предэкспоненциальный мно-житель — постоянная величина, зависящая от физико-химических свойств веществ, участвующих в диффузии; Е • — энергия активации процесса диффузии. Для Е = сопt в интервале температур Т₁ ÷ Т₂ уравнение (2) принимает вид

(3)

Зная величину D при двух температурах, по уравнению (3) можно вычислить величину энергии активации Е. Различают два основных механизма процесса диффузии в твердых фазах (рис. 2):

1. Диффузия внутри кристаллической решетки или диффузия по точечным дефектам, при которой происходит:

а) смещение атома (иона) в междоузлие с образованием структуры Френкеля и диффузия по междоузлиям

Рис. 2. Возможные механизмы диффузии в кристалле:

а-смещение атома из узла в междоузлие и диффузия по междоузлиям; б— смещение атома из узла в междоузлие и диффузия по вакансиям; в-одновременная круговая диффузия по междоузлиям и вакансиям; г-смещение атома в вакансию и диффузия по вакансиям

б) смещение зтома (иона) 1 в междоузлие с последующим перемещением атома (иона) 2 в вакансию 1, атома (иона) 3 в вакансию 2 и т. д. — диффузия по вакансиям с образованием структуры френкеля;

в) смещение одновременно двух, трех, четырех атомов ионов в междоузлие с последующим перемещением их в остальные вакансии (дуплетное, триплетное, квадруплетное) — круговая диффузия по междоузлиям и вакансиям;

г) смещение атома (иона) 1 в имеющуюся вакансию, атома (иона) 2 в вакансию 1, атома (иона) 3 в вакансию 2 и т. д. —• диффузия по вакансиям с образованием структуры Шоттки.

2. Диффузия вне кристаллической решетки, при которой происходит смещение атома предповерхностного узла на поверхность кристалла с образованием структуры Шоттки.

Схема механизма образования шпинели по реакции:

МgО + А1₂0₃ = МgА1₂0₄.

Таблица 1 Механизм образования шпинели

протекающей на поверхности при соприкосновении двух таблеток исходных окислов, показана в табл. 1. Как видно из схемы, образование шпинели МgАІ₂О₄ происходит путем диффузии ионов Мg²⁺ и А1³⁺ в противоположных направлениях.

Сульфиды– это соединения металлов и не металлов с серой.

Шлак – металлургический, расплав (после затвердевания — камневидное или стекловидное вещество), обычно покрывающий поверхность жидкого металла при металлургических процессах — плавке сырья, обработке расплавленных промежуточных продуктов и рафинировании металлов. Представляет собой сплав окислов переменного состава; главные компоненты

Вязкость (внутреннее трение) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Основность шлака – это отношение основных оксидов к кислым оксидам.

Кислотность – это отношение кислых шлаков к основным оксидам.

Дата добавления: 2014-01-05