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《兰州理工大学》 2007年
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Mg-TiO_2自蔓延高温合成反应研究

闫丽静  
【摘要】: 本文从热力学、动力学两方面研究了2Mg+TiO_2=Ti+2MgO自蔓延高温合成反应的可行性,并且从工艺参数对反应的影响方面研究了2Mg+TiO_2=Ti+2MgO的反应过程,该研究可以发展成为制各金属钛的一种新方法。 基于热力学理论,对Mg-TiO_2体系反应的吉布斯自由能、绝热温度、Ti的熔化率以及Mg的气化量进行了理论计算和分析。吉布斯自由能计算表明:反应2Mg+TiO_2=Ti+2MgO在2242K以下的吉布斯自由能(ΔG_T~θ)都小于零,即反应可以自发进行;通过对Mg-TiO_2体系的吉布斯自由能的计算可知,在Mg-TiO_2体系中可能进行生成Ti_3O_5、Ti_2O_3、TiO等多种低价氧化物的反应,随着温度的升高,单质Ti还原反应趋势下降。另外通过对Al-TiO_2体系吉布斯自由能的计算得出了与Mg-TiO_2体系同样的规律。绝热温度的计算表明:随着x的增加,反应(2+x)Mg+TiO_2=Ti+2MgO+xMg的绝热温度逐渐降低,在x<0.5时绝热温度均大于1800K。Ti的熔化率计算表明:绝热温度曲线上出现的平台是Ti的熔化吸热所致。Mg的气化量计算表明:在反应过程中Mg大量气化,要得到Ti单质,反应中x必须在0.9以上。 基于差热分析和动力学理论,研究了2Mg+TiO_2=Ti+2MgO的反应过程。从差热曲线上可以看出:反应的放热峰出现在767K~886K之间小于Mg的熔点(933K)所以反应为固—固反应;由DTA结果推算动力学参数:活化能E=248.9KJ·mol~(-1),反应级数n=0.55。 结合X射线衍射分析研究工艺参数的影响表明:由于反应过程中Mg大量气化,要使反应2Mg+TiO_2=Ti+2MgO进行完全,即得到Ti单质,Mg必须过量0.9mol;反应环境的真空度越高,反应生成氧化物的价态越低,反应进行的越完全,越容易得到Ti;压坯压力越大,燃烧产物的孔隙越小,完整性越好,燃烧波速度越高,燃烧温度随压坯压力的增大先升后降,其界限为275MPa;随着坯料直径的增加,燃烧波速度先升后降燃烧温度先升高,然后趋于稳定。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O611.3

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