習(xí)題課11～14章課件

、十一擴(kuò)散1、擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)方程（菲克定律）

2、擴(kuò)散的熱力學(xué)方程

3、擴(kuò)散機(jī)制和擴(kuò)散系數(shù)空位擴(kuò)散機(jī)制：間隙擴(kuò)散機(jī)制：一般形式：D＝D0exp(－G/RT)4、固相中的擴(kuò)散EFLnD1/T(本征擴(kuò)散)(非化學(xué)計(jì)量擴(kuò)散)(非本征擴(kuò)散或雜質(zhì)擴(kuò)散)化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍：擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍：11－2欲使Mg2+在MgO中的擴(kuò)散直至MgO的熔點(diǎn)(2825℃)都是非本征擴(kuò)散，要求三價(jià)雜質(zhì)離子有什么樣的濃度？試對(duì)你在計(jì)算中所作的各種特性值的估計(jì)作充分說明。(已知MgO的Schtty缺陷形成能為6eV)解：本征擴(kuò)散（熱空位）非本征擴(kuò)散（雜質(zhì)空位）空位擴(kuò)散機(jī)構(gòu)因此，雜質(zhì)離子M3＋的濃度應(yīng)遠(yuǎn)大于兩倍的熱缺陷空位濃度。

[M3+]>>2×1.37×10-5＝2.72×10-53價(jià)離子濃度[MMg’]=2[VMg”]11-5試討論從室溫到熔融溫度范圍內(nèi)，氯化鋅添加劑((10-4mol%)對(duì)NaCl單晶中所有離子(Zn、Na和Cl)的擴(kuò)散能力的影響。

定性分析：當(dāng)NaCl中溶有少量ZnCl2時(shí)，Na+的擴(kuò)散系數(shù)一方面受缺陷濃度(Schtty缺陷：V/Na+V.Cl)影響，另一方面受由于引入Zn2+的本征擴(kuò)散將占優(yōu)勢(shì)。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，Cl-的擴(kuò)散均以本征擴(kuò)散為主。因?yàn)閆n2+

的引入并不明顯改變Cl-亞點(diǎn)陣的情況。而形成的

影響。但可認(rèn)為：當(dāng)溫度較低時(shí)，由Zn2+的引入而產(chǎn)生的對(duì)Na+擴(kuò)散系數(shù)影響是主要的；而當(dāng)溫度較高時(shí)，Na+定量計(jì)算：可查得NaCl的SchttKy缺陷形成能E＝2.3eV要使NaCl的SchttKy缺陷濃度達(dá)到10-4，則溫度必須大于由下式所決定的臨界溫度Tc：)(10)(102442molmolVClZnZnClNaClNaNaCl--·￠++????玻璃分相：成核－長(zhǎng)大旋節(jié)分相兩種分相機(jī)理相圖的熱力學(xué)推導(dǎo)(自由能－組成曲線)12－3如果液態(tài)中形成一個(gè)邊長(zhǎng)為a的立方體晶核時(shí)，其自由焓G將寫成什么形式？求出此時(shí)晶核的臨界立方體邊長(zhǎng)aK

和臨界核化自由焓Ga，并8－2題比較，那一種形狀的G大，為什么？解：對(duì)G求極值得：比較得，Ga大。原因：立方體成核臨界半徑大，因而需要較高的臨界核化自由焓。十三、固相反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程化學(xué)控制反應(yīng)擴(kuò)散控制反應(yīng)球狀平板平板球狀楊德爾金斯特林格5、當(dāng)測(cè)量氧化鋁－水化物的分解速率時(shí)，當(dāng)溫度從451℃增大到493℃時(shí)，其速率增大10倍，計(jì)算激活能。由阿累尼烏斯公式：

K=Aexp(-Q/RT)得：5、某固相反應(yīng)為擴(kuò)散控制的反應(yīng)。反應(yīng)在1300℃恒溫3600h后，有15％的粉料發(fā)生轉(zhuǎn)化，試求在300h后，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率以及反應(yīng)全部完成所需的時(shí)間。

由于該固相反應(yīng)為擴(kuò)散控制反應(yīng)，且粉料可視為均狀大小球形，故用金斯特林格方程得：

1－2/3G－（1－G）2/3=kt由題中所給條件；t1=3600hG1=0.15代入得K=7.45×10-7

所以當(dāng)

t2=300h時(shí)，G2=0.045全部轉(zhuǎn)化，則G＝1第十四章燒結(jié)固相燒結(jié)液相燒結(jié)蒸發(fā)－凝聚擴(kuò)散傳質(zhì)粘性流動(dòng)溶解－沉淀二、晶粒生長(zhǎng)和二次再結(jié)晶一、傳質(zhì)機(jī)理三、影響燒結(jié)的因素14－3’如上題粉料粒度改為16m，燒結(jié)至x/r=0.2，各個(gè)傳質(zhì)需要多少時(shí)間？若燒結(jié)8小時(shí)時(shí)，各個(gè)傳質(zhì)過程的頸部增長(zhǎng)x/r又是多少？從兩題計(jì)算結(jié)果，討論粒度與燒結(jié)時(shí)間對(duì)四種傳質(zhì)過程的影響程度？傳質(zhì)蒸發(fā)－凝聚擴(kuò)散傳質(zhì)流動(dòng)傳質(zhì)溶解－沉淀?xiàng)l件x/r=0.2粒度r=16m求t

t(h)163.82097.225.613422運(yùn)算條件r=16mt=8小時(shí)求x/rx/r0.07250.0660.1120.058運(yùn)算14－5在燒結(jié)時(shí)，晶粒生長(zhǎng)能促進(jìn)坯體致密化嗎？晶粒生長(zhǎng)會(huì)影響燒結(jié)速率嗎？試說明之。說明