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 J. 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 J. 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 J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Výroba oceli World Steel in Figures ,9 – World 683,9 China ( %) 5,6 CR ( ,37%)

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

5 J. 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. jonathan.colton/ me4210/flowline1.gif

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

29 J. 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, ,884-37,577 CeO 2 (s)-527,992-56,424-18,808

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

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

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

36 J. 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 J. 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 = K p/p° = 1 a 0,01 Počáteční složení (g)-fáze TMGa ( mol) NH 3 ( mol) H 2 (  1 mol) Leitner J. et al.: Mater. Lett. 28 (1996) TMGa (10 -3 mol), NH 3 (10 -2 mol) H 2 (1 mol)

38 J. 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 ( mol) NH 3 ( mol) H 2 (  1 mol) Leitner J. et al.: phys. stat. sol. (c) 7 (2005)

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

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

41 J. 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 = K p/p° = 1 a 0,1 Počáteční složení (g)-fáze TMGa ( mol) TMIn ( mol) NH 3 ( mol) H 2 /N 2 (  1 mol) Leitner J. et al.: Mater. Lett. 35 (1998)

42 J. 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 J. Leitner - Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Systém Al-Ga-In-N-C-H (pokračování) N 2, V/III = 10000, x o (TMA III ) = 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 CAl E E E-10 Ga E In o CAl E E E-08 Ga In o CAl E E E-06 Ga In Leitner J. et al.: J. Cryst. Growth 267 (2004) 8-16.

44 J. 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