AO(S)+B2O3(S)→AB2O4(S)的反应机理 尖晶石的生成反应是一种多相反应，反应的阻力来自 离子通过产物层和相界面，当产物层厚度足够厚时 (例如：1200C时，>1um),界面层的阻力相对小 到可以忽略不计，反应相界面达到局域的热力学平衡， 这时，反应速率完全受物质扩散通过产物层的控制。 实验测量结果显示，这时的反应速率遵守“抛物线增 长定律”，即 △x2oct或△x2=2kt
AO(s)＋B2O3(s)AB2O4(s)的反应机理 尖晶石的生成反应是 尖晶石的生成反应是 种多相反应，反应的阻力来自 一种多相反应，反应的阻力来自 离子通过产物层和相界面，当产物层厚度足够厚时 （例如：1200oC时，> 1 m），界 层面 的阻力相对小 到可以忽略不计，反应相界面达到局域的热力学平衡， 这时，反应速率完全受物质扩散通过产物层的控制。 实验测量结果显示，这时的反应速率遵守“抛物线增 长定律”，即 2 2 x t x kt x t x kt 或 2
尖晶石生成反应速率方程推导 △x2ot或 △x2=2t 产物层厚度的增加速率正比于离子的扩散流，即 d△x dm =Ddc=DAC(dAx和dm符号相反，稳态扩散) dt pdt pdx D△x 上式积分得： (△x)2=2(△cD/p)t或x2=2kt(k=△cD/p) 稳态扩散：在扩散系统中，任一体积元在任一时刻，流入的物质量与流出的物质量 相等，即任一点的浓度不随时间变化
尖晶石生成反应速率方程推导 2 2 x t x kt x t x kt 或 2 产物层厚度的增加速率正比于离子的扩散流 即 产物层厚度的增加速率正比于离子的扩散流，即 d x dm dc c D D d x dm ( dt dt dx x 和 符号相反，稳态扩散） 上式积分得： 2 2 ( ) 2( / ) x cD t k cD 或 2 x kt ( / ) 稳态扩散：在扩散系统中，任一体积元在任一时刻，流入的物质量与流出的物质量 相等，即任一点的浓度不随时间变化
尖晶石生成反应实例： MgO+AL,O3-→MgAL,O, (c) (a) Mgo Al2O 20 1500℃ 初始界面 15 产物层 10 MgO A120 1400℃ 新的反应物·产物界面 1300℃ 100 200 时间/h
尖晶石生成反应实例： MgO Al O M 23 24 g g 23 24 gAl O
尖晶石生成反应实例（续）： 1. Mg0和Al203反应生成MgAl204的 ←1 2.7> 初期，成核反应，困难！ MgO MgALO ALO 2.MgA,04厚度增加，涉及Mg2+和 A+离子通过产物层的互扩散迁 3Mg2+ 移和界面上的产物生成反应。 2A3+ 3.在Mg0/MgAl,04界面上： 2A13+(4MgO-3Mg)->MgAl,O 在MgAl204/Al203界面上： 3Mg2+(4ALO3-2A1)>3MgAlO 总反应：4Mg0+4Al,0,→4Mg4l,O,(左、右量，13关系) Kirkendall ratio
尖晶石生成反应实例 ( 续 ) ： 1. MgO 和Al 2 O 3反应生成MgAl 2 O 4 的 1 2.7 初期，成核反应，困难！ MgO MgAl O2 4 A 2 3 l O 2. MgAl 2 O 4厚度增加，涉及 Mg2+ 和 2 3Mg 3 2 A l 2. MgAl 2 O 4厚度增加，涉及 Mg 和 Al3+ 离子通过产物层的互扩散迁 移和界面上的产物生成反应。 3. 在MgO / MgAl 2 O 4界面上： 3 2 移和界面上的产物生成反应。 2 4 2 3 Al M (4 ) MgO MgAl O g 在MgAl 2 O 4 / Al 2 O 3界面上： 2 24 2 3 4 3 2 Mg Al (4 ) 3 Al O MgAl O 总反应： 4 4 4 ( 31 M O Al O M Al O 左 右 量 1 3 关 系 ） 3 总反应： 24 24 44 4 ( MgO Al O M gAl O 左 、 右 量， ：131:3 关 系 ） Kirkendall ratio
MgO-AL2O3 phase diagram 2100 3000 菠体 2000 2900 -89 刚玉 2500, 2800 2800 尖品石 0)0网 2700 MA+ M十L 2600 MEO-AlO 刚玉十L 2500 液体 2000 2400 M E 1750 2300 2200 2135 1500 2100 2050 M+MA M,+刚玉 -202 2000 尖晶石 190 1000 1800 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1700 Mgo Al2Ox 160 0 10203040060 70 8090100 A1O/质量分数 Mgo Al2O A120/% 摩尔分数 0.1 MgO-AI2O,系相图 02030403060708。g0 Mgo L液体，SS围溶体 X(AL:0) Mg0-AL,O,相图
MgO-Al2O3 phase diagram phase diagram 摩尔分数