材料物化--热力学

若反应系统压力保持恒定，则反应过程放热量为系统总负焓 变，即：Q放=-△H
G1573K

C(金刚石，1573K，101KPa)
G
C(石墨，1573K，PyKPa)
G1573K
py
G
C(金刚石，1573K，PyKPa)
py G1573K G G1573K G0
代入数据，求得：Py﹥550MPa
进过上面的计算，我们就可以确定石墨转变为金刚石的工艺条 件：1573K以上，压力为600MPa~700MPa。
通过积分，可求得此时Px﹥1490MPa
可见，在298K时，当压强高达1490MPa以上，石墨才能转变为金刚石。 但此工艺条件下，转变速率很慢，为了加快转变速率，必须采用高温。
再假设采用1573K以上高温，101KPa，首先计算此温度下的△GT
T H H 298 CpdT 638 - 0.62T T 298
G1 G2
所以：
px 298

Px
1
V dp
石墨

Px
1
V
金刚石
dp

Px 298 1 金刚石
G V dp G V dp0
Px 1 石墨
即：
px Px 12.0 24.2 - 3 dp 685 Px 12.0 24.2 - 3 dp0 G 1 10 10 1 298 2.26 3.513
T S S298 298 T
Cp dT 2.75 - 0.62lnT T
G T H - TS T T
代入数据得：△GT=10460﹥0
所以在1573K，101KPa下，石墨不能转变为金刚石，故必须考虑 改变压力。
故设想如下途径：
C(石墨，1573K，101KPa)
5.3.5 反应热平衡计算
硅酸盐材料合成多半需要在高温下进行，我们可以假设整个反应 体的热量变化为△H，所以我们可构建如下的途径进行计算：
Ai
T
△H1
298K
Ai
△H
△H2
298K
Bi Bi
T’
来自百度文库
△H3
△H=△H1+△H2+△H3
298 T ‘ T Cp, AidT H 298 Cp, BidT 298
G K 298 G px K 298
C(金刚石，298K，101KPa)
G1
C(石墨，298K，PxKPa)
G2
C(金刚石，298K，PxKPa)
当 G
px 298
0时，石墨可转化为金刚石。
利用状态函数特点知：
G G1 G G2
px

298
298
由热力学基本方程式知：
材料物理化学
——热力学应用
2010级物理化学专业
5.3.4 确定工艺条件
金刚石是性能优良，用途广泛的高硬材料，是十分重要的，但 天然金刚石数量有限，所以大量的都是由石墨人工合成的。下 面我们来看一下如何确定它们的转化条件。
根据热力学原理，改变压力可使反应的自由焓变发生改变，故 设想如下途径：
C(石墨，298K，101KPa)