耐火材料在高溫下的燒結或使用中所發(fā)生的反應都是一些固一固、固一液或固一氣相多相反應。例如固一固相間的燒結或析晶,耐火物與O2、CO或N2的固一氣反應,耐火物在熔渣、玻璃熔體、鹵化物或硫化物熔體中的溶解則是固一液相間反應。一般來說,耐火材料多相反應要經(jīng)過下列幾下步驟:
(1)反應分子擴散到界面;
(2)分子在界面發(fā)生吸附作用;
(3)被吸附的分子在界面處(或邊界層)進行反應;
(4)產(chǎn)物從界面(層)脫附;
(5)產(chǎn)物離開界面擴散出去。
在高溫下一般來說最慢的步驟是擴散。當擴散速度最慢時,我們稱過程處于擴散速度控制范圍或擴散范圍。耐火物在高溫熔體中的溶解過程,一般就是處于擴散范圍。在擴散范圍時,耐火物在邊界(層)處的濃度就會達到飽和。因此溶解過程的總速度等于最大可能的擴散速度。
當過程中化學反應速度比擴散速度慢得多時,過程受化學反應步驟控制,稱過程處于化學動力學控制范圍或化學動力學范圍。在化學動力學范圍時,邊界層處耐火物(溶質(zhì))的濃度就等于介質(zhì)中或熔體本體中耐火物的濃度。因此過程的總速度將等于化學反應速度。
當擴散速度與化學反應速度相當時,稱過程處于過渡速度范圍。
過程處于不同速度范圍時,其動力學特征是不相同的,遵守的動力學規(guī)律和各種因素對過程速度的影響也是不相同的。例如耐火物在熔體中的溶解,處于擴散控制范圍時,其溶解速度與熔體的攪動程度有明顯的關系,而當過程處于化學動力學控制范圍時,由于化學活化能(激活化)一般比擴散活化能大得多,因此溫度對過程速度的影響較大,而溶體的攪動程度對其幾無影響。
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