耐火材料在高溫下的燒結(jié)或使用中所發(fā)生的反應(yīng)都是一些固一固、固一液或固一氣相多相反應(yīng)。例如固一固相間的燒結(jié)或析晶,耐火物與O2、CO或N2的固一氣反應(yīng),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(yīng)。一般來(lái)說(shuō),耐火材料多相反應(yīng)要經(jīng)過(guò)下列幾下步驟:
(1)反應(yīng)分子擴(kuò)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(jìn)行反應(yīng);
(4)產(chǎn)物從界面(層)脫附;
(5)產(chǎn)物離開(kāi)界面擴(kuò)散出去。
在高溫下一般來(lái)說(shuō)最慢的步驟是擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)散速度最慢時(shí),我們稱過(guò)程處于擴(kuò)散速度控制范圍或擴(kuò)散范圍。耐火物在高溫熔體中的溶解過(guò)程,一般就是處于擴(kuò)散范圍。在擴(kuò)散范圍時(shí),耐火物在邊界(層)處的濃度就會(huì)達(dá)到飽和。因此溶解過(guò)程的總速度等于最大可能的擴(kuò)散速度。
當(dāng)過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)速度比擴(kuò)散速度慢得多時(shí),過(guò)程受化學(xué)反應(yīng)步驟控制,稱過(guò)程處于化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制范圍或化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍。在化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍時(shí),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(guò)程的總速度將等于化學(xué)反應(yīng)速度。
當(dāng)擴(kuò)散速度與化學(xué)反應(yīng)速度相當(dāng)時(shí),稱過(guò)程處于過(guò)渡速度范圍。
過(guò)程處于不同速度范圍時(shí),其動(dòng)力學(xué)特征是不相同的,遵守的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和各種因素對(duì)過(guò)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(kuò)散控制范圍時(shí),其溶解速度與熔體的攪動(dòng)程度有明顯的關(guān)系,而當(dāng)過(guò)程處于化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制范圍時(shí),由于化學(xué)活化能(激活化)一般比擴(kuò)散活化能大得多,因此溫度對(duì)過(guò)程速度的影響較大,而溶體的攪動(dòng)程度對(duì)其幾無(wú)影響。
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