Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Chemické rovnováhy (část 2.4.)  Stavové chování a termodynamické vlastnosti pevných.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Chemické rovnováhy (část 2.4.)  Stavové chování a termodynamické vlastnosti pevných."— Transkript prezentace:

1 119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Chemické rovnováhy (část 2.4.)  Stavové chování a termodynamické vlastnosti pevných látek  Rovnováhy reakcí za účasti čistých pevných látek  Termodynamické vlastnosti pevných roztoků a tavenin  Rovnováhy v mnohosložkových heterogenních systémech – příklad systému Fe-O-S-Ce (termodynamický rozbor rafinace a modifikace oceli)

2 219.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Oceli Surové železo, litiny Oceli Multikomponentní systémy na bázi Fe s obsahem uhlíku pod cca 2 hm. %.

3 319.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Výroba oceli World Steel in Figures 2012 http://www.worldsteel.org/ 2011 1517,9 – World 683,9 China (1.- 45.1%) 5,6 CR (28. - 0,37%)

4 419.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Výroba oceli

5 519.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Výroba oceli Ze surového železa a železného (kovového) šrotu v kyslíkových konvertorech (BOV, BOF) nebo v elektrických obloukových pecích (EAF). Podstatou je rafinace kyslíkem – oxidace přítomných nežádoucích prvků, které jsou ve formě oxidů převedeny do strusky. www.me.gatech.edu jonathan.colton/ me4210/flowline1.gif

6 619.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Rafinace a modifikace ocelí Pro zvýšení čistoty ocelí se provádí tzv. mimopecní zpracování (Ladle Metallurgy). Spočívá ve snížení obsahu rozpuštěných prvků O, S a H.

7 719.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-O FeO(liq)Fe+[O] Fe (liq)

8 819.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-O Při teplotě 1873 K je stabilní pouze tavenina, která vykazuje omezenou mísitelnost. Výpočet rozpustnosti O v tavenině Fe-O FeO(l2) = Fe(l1) + [O] Fe(l1) (R1) Látka  o 1873 (kJ/mol) Fe(l)-114,456 FeO(l)-492,514 O 2 (g)-445,335 [O] Fe(l) -293,168 Fe-O

9 919.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Výpočet rozpustnosti O v tavenině Fe-O Systém Fe-O Řešení x [O] = 0,353 není reálné, protože podle fázového diagramu není tavenina o tomto složení termodynamicky stabilní

10 1019.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-S

11 1119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-O-S Při teplotě 1873 K je stabilní pouze tavenina, která vykazuje omezenou mísitelnost. Výpočet rozpustnosti O v tavenině Fe-O-S(-C) FeO(l2) = Fe(l1) + [O] Fe(l1) (R1)

12 1219.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Výpočet rozpustnosti O v tavenině Fe-O-S(-C) Vliv přítomnosti síry Vliv přítomnosti uhlíku Systém Fe-O-S

13 1319.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce

14 1419.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Ce-S LátkaT tání (K)  o 1873 (kJ/mol) Ce(l)1072-195,980 [Ce] Fe(l) -230,0 S 2 (g)-365,321 [S] Fe(l) -211,0 CeS(s)2723-743,142 Ce 3 S 4 (s)2323-2493,248 Ce 2 S 3 (s)2163-1775,059

15 1519.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S Výpočet rozpustnosti S v tavenině Fe-Ce-S CeS (s) = [Ce] Fe(l) + [S] Fe(l) (R2) Ce 3 S 4 (s) = 3[Ce] Fe(l) + 4[S] Fe(l) (R3) Ce 2 S 3 (s) = 2[Ce] Fe(l) + 3[S] Fe(l) (R4)

16 1619.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S Výpočet rozpustnosti S v tavenině Fe-Ce-S CeS (s) = [Ce] Fe(l) + [S] Fe(l) (R2)

17 1719.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S Řešení za předpokladu ideálního chování

18 1819.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S Pro jaký obsah rozpuštěného Ce je obsah síry minimální ?

19 1919.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S Řešení Newtonovou metodou, existují dvě řešení Řešení x [S] = 6,08.10 -3 není reálné, protože pro vyšší obsah síry je při výpočtu třeba užít i interakční koeficienty 2. řádu.

20 2019.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S

21 2119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-S Jaký sulfid vzniká ? m [Ce] Fe + n [S] Fe = Ce m S n (s) LátkaΔ r G o 1873 (kJ/mol)Δ r G 1873 (kJ/mol)Δ r G 1873 (kJ/g-at) CeS(s)-302,142-54,609-27,302 Ce 3 S 4 (s)-959,248-92,794-13,256 Ce 2 S 3 (s)-682,059-61,132-12,268

22 2219.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Ce-O LátkaT tání (K)  o 1873 (kJ/mol) Ce(l)1072-195,980 [Ce] Fe(l) -230,0 O 2 (g)-445,335 [O] Fe(l) -293,168 Ce 2 O 3 (s)2450-2326,631 CeO 2 (s)2670 (p O2 )-1344,328

23 2319.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O Výpočet rozpustnosti O v tavenině Fe-Ce-O Ce 2 O 3 (s) = 2[Ce] Fe(l) + 3[O] Fe(l) (R5) CeO 2 (s) = [Ce] Fe(l) + 2[O] Fe(l) (R6)

24 2419.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O Výpočet rozpustnosti O v tavenině Fe-Ce-O Ce 2 O 3 (s) = 2[Ce] Fe(l) + 3[O] Fe(l) (R5)

25 2519.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O Řešení za předpokladu ideálního chování

26 2619.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O Pro jaký obsah rozpuštěného Ce je obsah kyslíku minimální ?

27 2719.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O Řešení Newtonovou metodou, existují dvě řešení

28 2819.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O

29 2919.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O Jaký oxid vzniká ? m [Ce] Fe + n [O] Fe = Ce m O n (s) LátkaΔ r G o 1873 (kJ/mol)Δ r G 1873 (kJ/mol)Δ r G 1873 (kJ/g-at) Ce 2 O 3 (s)-987,127-187,884-37,577 CeO 2 (s)-527,992-56,424-18,808

30 3019.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Fe-Ce-O-S Rovnováha mezi pevným Ce 2 O 2 S a taveninou Fe-Ce-O-S Ce 2 O 2 S(s) = 2[Ce] Fe(l) + 2[O] Fe(l) + [S] Fe(l) (R7) {Fe-[O]-[S]-[Ce]}(l) → CeS(s), Ce 2 O 3 (s), Ce 2 O 2 S(s), … Jaká fáze vzniká ? Precipitační diagramy

31 3119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Rovnovážná aktivita kyslíku Rovnovážná aktivita síry

32 3219.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Chemické rovnováhy (část 2.4.) - pokračování  Stavové chování a termodynamické vlastnosti pevných látek  Rovnováhy reakcí za účasti čistých pevných látek  Termodynamické vlastnosti pevných roztoků a tavenin  Rovnováhy v mnohosložkových heterogenních systémech – příklad depozice epitaxních vrstev sloučenin A III B V z plynné fáze

33 3319.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Metody přípravy tenkých vrstev a vrstevnatých struktur Depozice z plynné fáze Fyzikální metody depozice z plynné fáze (PVD) Napařování, naprašování, pulsní laserová depozice, MBE, … Chemické metody depozice z plynné fáze (CVD) CVD, MOCVD, LPCVD, RFCVD, PACVD, … VPE, MOVPE, …

34 3419.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Příprava A III B V metodou MOVPE

35 3519.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Nitridy A III B V (AlN, GaN, InN) Al 0,83 In 0,17 N

36 3619.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Termodynamický rozbor depozice epitaxních vrstev sloučenin A III N z plynné fáze Depoziční proces probíhá za podmínek ustáleného stavu. Koncept lokální termodynamické rovnováhy mezi vznikající pevnou fází a plynnou fází v její bezprostřední blízkosti. Metoda výpočtu: nestechiometrický postup (program Chemeq). Uvažované fáze: (g) + požadovaná pevná fáze (např. (Al,Ga)N(s)) + nežádoucí kondenzované fáze (např. (Al-Ga)(l), Al 4 C 3 (s) nebo C(s)). Výsledky: rovnovážné fázové složení systému a rovnovážné složení koexistujících fází. Interpretace: vhodné podmínky pro depozici (jediná kondenzovaná fáze daného složení)

37 3719.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Ga-N-C-H Popis systému: (g)– 13 složek ( l )– Ga (s)– GaN, C Podmínky výpočtu: T = 600-1300 K p/p° = 1 a 0,01 Počáteční složení (g)-fáze TMGa (10 -3 -10 -2 mol) NH 3 (10 -3 -10 -1 mol) H 2 (  1 mol) Leitner J. et al.: Mater. Lett. 28 (1996) 197-201. TMGa (10 -3 mol), NH 3 (10 -2 mol) H 2 (1 mol)

38 3819.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Al-N-C-H Popis systému: (g)– 26 složek ( l )– Al (s)– Al(C,N), Al 4 C 3, Al 5 C 3 N, C Podmínky výpočtu: T = 1373 K p/p° = 1 a 0,01 Počáteční složení (g)-fáze TMAl (10 -5 -10 -1 mol) NH 3 (10 -5 -10 -1 mol) H 2 (  1 mol) Leitner J. et al.: phys. stat. sol. (c) 7 (2005) 2504-2507.

39 3919.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Tuhý roztok AlN-C Podmřížkový model Leitner J. et al.: phys. stat. sol. (c) 7 (2005) 2504-2507.

40 4019.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Směsné nitridy

41 4119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Ga-In-N-C-H Popis systému: (g)– 14 složek ( l )– (Ga,In) (s)– (Ga,In)N, C Podmínky výpočtu: T = 773-1173 K p/p° = 1 a 0,1 Počáteční složení (g)-fáze TMGa (10 -3 -10 -2 mol) TMIn (10 -3 -10 -2 mol) NH 3 (10 -3 -10 -1 mol) H 2 /N 2 (  1 mol) Leitner J. et al.: Mater. Lett. 35 (1998) 85-89.

42 4219.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Al-Ga-In-N-C-H Leitner J. et al.: J. Cryst. Growth 267 (2004) 8-16.

43 4319.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Al-Ga-In-N-C-H (pokračování) N 2, V/III = 10000, x o (TMA III ) = 0.3333 p = 1p = 0.1p = 0.01 x(A III N)R(A III )(%)x(A III N)R(A III )(%)x(A III N)R(A III )(%) 700 o CAl0.3341.80E-120.3401.80E-110.5001.60E-10 Ga0.3344.90E-030.3390.050.4960.65 In0.3330.190.3215.380.00499.2 800 o CAl0.3474.40E-100.5054.20E-090.1902.00E-08 Ga0.3460.210.4922.70.38138.5 In0.30711.40.00399.40.000100 900 o CAl0.5134.30E-080.7044.40E-070.9793.00E-06 Ga0.4835.80.29657.90.02197.9 In0.00499.20.0001000.000100 Leitner J. et al.: J. Cryst. Growth 267 (2004) 8-16.

44 4419.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Al-Ga-In-N-C-H (pokračování) Leitner J. et al.: J. Cryst. Growth 267 (2004) 8-16.


Stáhnout ppt "119.12.2012J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Chemické rovnováhy (část 2.4.)  Stavové chování a termodynamické vlastnosti pevných."

Podobné prezentace


Reklamy Google