Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Химическое взаимодействие элементов происходит с выделением большого количества теплоты, что и предопределяет возможность горения. Таким образом, в основе СВС лежит сильно экзо-
328
термическое взаимодействие химических элементов в конденсированной фазе, протекающее в режиме горения.
В зависимости от агрегатного состояния элементов Y осуществляются три типа СВС-процессов:
1) горение смесей порошков X и Y в вакууме или инертной газовой среде (получение карбидов, боридов, силицидов);
2) горение порошков X в газообразном окислителе Y (например, получение нитридов при горении металлов в газообразном азоте);
3) горение порошков X в жидком окислителе Y (получение нитридов при горении металлов в жидком азоте).
Процессы СВС осуществимы для многих химических систем. Это элементные системы: металл — неметалл, металл — металл, неметалл — неметалл, составы с неметаллосодержащими соединениями (углеводородами, азидами и др.), многокомпонентные смеси, содержащие оксид металла, металл — восстановитель и неметалл. Необходимо отметить, что во всех системах твердые компоненты используют в дисперсном состоянии. Исходные порошки либо предварительно спрессовывают, либо используют в насыпном состоянии.
Характерной особенностью СВС-процессов является отсутствие побочных продуктов. Это в сочетании с возможностью осуществления полного превращения реагирующих веществ позволяет получать целевые тугоплавкие продукты высокого качества, удовлетворяющие самым строгим требованиям современного материаловедения.
Преимущества СВС: незначительные внешние энергетические затраты и простота оборудования, быстрота процесса, большая производительность метода, чистота продуктов.
В настоящее время наибольшее применение метод СВС получил для производства порошков тугоплавких соединений, однако успешно развиваются такие области СВС-процесса, как получение изделий, нанесение покрытий, синтез монокристаллов тугоплавких веществ (см. схему).
Следует отметить, что СВС-процесс как оригинальный метод синтеза материалов только развивается. Промышленное освоение СВС процесса развивается по пути внедрения как новых технологий, так и новых материалов. Будущее, несомненно, выявит новые сферы использования этого метода в различных областях материаловедения.
1.9. ОБЛАСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОФАЗОВЫХ РЕАКЦИЙ
Процессы твердофазового взаимодействия имеют очень большое значение в материаловедении. Теория этих процессов является теоретической основой ключевых операций (обжига) в технологии керамики, включающей технологию строительной керамики
329
330
(стеновые, кровельные и фасадные материалы), керамзита, керамической плитки для полов и др., технологию тонкой керамики (фарфор, полуфарфор и фаянс, облицовочная плитка, электротехнический фарфор), технологию специальной керамики (радиокерамика, магнитная керамика, инструментальные режущие материалы и др.), технологию огнеупоров и суперогнеупоров.
Большую роль играют твердофазовые процессы и в производстве вяжущих веществ: извести, гипсовых вяжущих веществ, портландцемента и его разновидностей, глиноземистого цемента, порошковой составляющей многочисленных новых вяжущих веществ нестроительного назначения.
Даже в технологии стекла трудно правильно организовать основной процесс — процесс варки, не имея детальной информации о твердофазовых превращениях, предшествующих переходу всей массы в расплавленное состояние.
К этому перечню технологии силикатных и родственных им материалов следует добавить производство люминофоров, твердых электролитов, некоторых полупроводниковых материалов, абразивов, катализаторов, минеральных адсорбентов, технологию глинозема, фосфора, минеральных удобрений, предварительную переработку различных руд, предназначенных для производства черных и цветных металлов.
Контрольные вопросы
1. Какие принципы можно положить в основу классификации твердофазовых реакций? Укажите основные варианты механизма твердофазовых процессов при участии жидкой и газовой фаз.
2. Опишите последовательность расчета изменения энергии Гиббса при твердофазовых реакциях. Какие сведения можно получить из термодинамического анализа процесса твердофазового взаимодействия?
3. Дайте характеристику видов диффузии, реализуемых при твердофазовых реакциях, и механизма этого процесса. Какой основной параметр определяет скорость диффузии и от каких факторов он зависит?
4. Какая особенность характерна для последовательности химических превращений при реакциях веществ в твердом состоянии?
5. Опишите основные положения теории Таммана — Хедвала, касающиеся механизма и особенностей твердофазовых реакций.
6. Приведите аналитические зависимости, с помощью которых можно описать кинетику твердофазовых реакций. В чем состоит сходство и различие исходных предпосылок при выводе уравнений кинетики Яндера и Гинстлинга — Броун-штейна?
7. Какими технологическими факторами можно регулировать скорость твердофазовых взаимодействий?
8. Опишите сущность и значение для технологии силикатных и других тугоплавких соединений таких методов реализации твердофазовых процессов, как расплаво-термический синтез, высокочастотный обжиг, радиационно-термический обжиг, самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
