- •Билет 1
- •Технический элементарный кремний: методы получения, основные свойства и применение. Получение и применение монокристаллов кремния высокой чистоты.
- •Билет 2
- •Кремнегалогены: классификация кремнегалогенов, методы синтеза простых и комплексных кремнегалогенов, их свойства и применение.
- •Билет 3
- •Билет 4
- •Соединения в системах кремний – азот и кремний – бор: состав, методы синтеза, свойства и применение.
- •Билет 5
- •Билет 6
- •Билет 7
- •Билет 8
- •Билет 9
- •Билет 10
- •Билет 11
- •Билет 12
- •Термодинамическая характеристика твердофазовых реакций: изменение энергии Гиббса и условия, при которых в процессе твердофазовой реакции возможно установление термодинамического равновесия.
- •Билет 13
- •2. Правило фаз Гиббса. Вид уравнения правила фаз для тугоплавких силикатных систем. Понятия: фаза, независимый компонент, степени свободы, вариантность системы, равновесное состояние.
- •Билет 14
- •Билет 15
- •Билет №18
- •Билет №19
- •Вопрос№2
- •Билет № 21
- •Последовательность химических превращений при твердофазовом взаимодействии
- •Билет №22
- •Спекание за счёт процесса испарение- конденсация.
- •Cпекание за счет пластической деформации под давлением/
- •Реакционное спекание
- •Правила определения характера этих точек, процессов, происходящих в них, и дальнейшего пути кристаллизации из точки двойного опускания.
- •Определение характера процесса, происходящего в точке двойного подъема:
- •Определение дальнейшего пути кристаллизации из точки двойного опускания.
- •Билет №23
- •Главный внутр. Фактор – характер и энергия кристалл. Решетки: с увеличением энергии решетки Тпл возрастает у однотипных в-в.
- •Билет №27
- •Диаграмма состояния по Бредигу. Схема превращений.
Билет 9
1. Диффузионные процессы при твердофазовых реакциях. Первый закон Фика, коэффициент диффузии, энергия активации процесса диффузии. Виды и механизм диффузии в кристаллических телах. Природа диффундирующих частиц (теория Вагнера и современные представления о природе диффундирующих частиц). Факторы, влияющие на скорость диффузии.
Основным условием протекания твердофазовой реакции является наличие массообмена между реагирующими твердыми веществами.
Диффузия представляет собой перемещение вещества в результате хаотического движения его частиц, обладающих определенной кинетической энергией, или направленного их движения, обусловленного наличием градиента концентраций или разности химического потенциалов. Диффузия идет в сторону меньшей концентрации или большего химического потенциала.
Количество вещества, диффундирующего в направлении, перпендикулярном какой-то плоскости в образце, определяется первым законом Фика:
Т.е. количество вещества, диффундирующего за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению диффузии, пропорционально градиенту концентраций. Знак минус указывает на направление диффузии в сторону убывания концентраций.
Скорость диффузионного процесса определяется величиной коэффициента диффузии D, которая показывает количество вещества, диффундирующего в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентраций, равном 1. Зависит от: температуры, концентрации диффундирующего вещества, природы диффундирующего вещества и диффузионной среды.
При перемещении атомов из одного положения в решетке в другое они должны в ходе диффузии пройти через промежуточное положение с высокой энергией. Лишь некоторые из частиц, составляющих решетку вещества, обладают энергией, достаточно высокой, чтобы преодолеть этот энергетический барьер. Величина необходимой для этого энергии называется энергией активации процесса диффузии.
Виды диффузии:
1. в зависимости от вида частиц: самодиффузия в решетку данного вещества диффундируют «собственные» атомы) и гетеродиффузия (диффундируют «чужые» атомы).
2. в зависимости от пути перемещения частиц: объемную диффузию (в глубину решетки), диффузию по «внутренним» поверхностям (вдоль граней и дефектов кристаллов), поверхностную диффузию (по поверхности зерен).
Энергия активации пов. < гр.крист < объемн
Коэффициент диффузии пов. > гр.крист > объемн
Механизмы диффузии:
1. в результате усиления тепловых колебательных движений ион из узла решетки может переместиться в междоузлие, а затем вновь в узел за счет выталкивания находящегося там иона.
2. перемещение дислоцированного иона из междоузлия в междоузлие.
3. перемещение иона из узла или междоузлия в вакантный узел.
Теория Вагнера: диффузия осуществляется за счет движения более подвижных катионов через неподвижную анионную решетку.
Катионы имеют меньший размер, чем анионы, следовательно, более подвижны, например, Si+4 через решетку О-2 в SiO2. различные катионы двигаются в различных направлениях.
В настоящее время доказано, что двигаются не только катионы, но и анионы, и нейтральные молекулы, все зависит от природы вещества.
Теория Вагнера реализуется в большинстве случаев. Изучают методом инертных меток:
Образец подвергают термообработке в течение некоторого времени, затем делают срез, возможны различные варианты. Например: MgO+Al2O3=MgO·Al2O3
Теория Вагнера подтверждена. Слой продукта реакции быстрее растет на стороне Al2O3
ZnO+Al2O3=ZnO·Al2O3
Продукт реакции только на стороне Al2O3, теория Вагнера не применима.
2. Диаграмма состояния системы Al2O3-SiO2. Получение, свойства и применение соединений в этой системе: технического глинозема, корунда, муллита. Значение системы для химии и технологии силикатов и других тугоплавких соединений. Пути кристаллизации.
Соединения: 3Al2O3·2SiO2 муллит, плавится без разложения; Al2O3·SiO2 силлиманит; технический глинозем Al2O3; корунд α-Al2O3.
Глинозем: Al2O3, технический глинозем γ-Al2O3, корунд α-Al2O3, стабильна форма. технический глинозем получают прокаливанием при 1000 град солей алюминия, выше 1000 гамма переходит в альфу форму. Основное сырье – бокситы (глиновидные породы с гидратами глинозема). Метод Байера: бокситы сплавляются со щелочью, при этом образуются щелочные алюминаты, легко растворимые в оде, пустая порода оседает в осадок, раствор фильтруется и обрабатывается раствором аммиака => идет осаждение гидратов глинозема, затем прокаливают на 1000 град. γ-Al2O3 – основное сырье для получения корунда.
Корунд: стабилен в широком интервале температур, встречается в природе в виде окрашенных форм (красный – рубин, синий - сапфир).
Получение:
· при обжиге солее алюминия при температуре более 1000 град.
· из гамма-глинозема прокаливанием при температуре примерно 1500 град.
· полным расплавлением гамма – глинозема при 2000-2500 град с последующей кристаллизацией – плавленый корунд.
Свойства: тугоплавкий (темпер. плавления более 2000 град), очень высокая твердость (из природный уступает только алмазу), на корунд не действует не один из реактивов.
Применение: образин, корундовые огнеупоры, в виде рубина – первые лазеры.
Муллит: в природе встречается редко. В технической продукции муллит возникает кА продукт термического разложения глин: каолинит 3(Al2O3·2SiO2·2H20) -> 3Al2O3·2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O. Он содержится во всех технических продуктах, полученных из глин (шамот, тонкая керамика, муллитовая керамика).
Свойства: тугоплавкость, хорошая химическая стойкость, высокие диэлектрические свойства.