Читать диплом по материаловедению: "Производство в доменой печи и сплавы" Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

49 1 Общая часть 1.1 Свойства ведущего элемента, область применения Кремний занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Это второй элемент IV главной группы, серо-стального или черного цвета с металлическим блеском, твердый и хрупкий. Электронная структура его 1S22S22p63S23p2. Элементарный кристалл кремния представляет собой куб с ребром длиной 0,5417 нм. В соединениях с неметаллами кремний проявляет преимущественно положительные валентности 4 и 2. Кремний образует соединения почти со всеми металлами и проявляет отрицательную валентность 4.

Кремний имеет следующие основные физико-химические свойства:

атомную массу 28,08; плотность 2,33 г/см3; температуру плавления 1683 К; температуру кипения 2953 К;

Упругость пара над жидким кремнием описывается уравнением, Па: lg Psi = 9,017 – 16260 / Т По электрическим свойствам кремний относится к полу­проводникам.

С кислородом кремний образует кремнезем SiO2, температура плавления которого 1710ºС. Кремнезем имеет несколько модификаций: кварц α и β, кристобаллит α и β, тридимит α, β и γ и кремнеземистое стекло.

Теплота образования одного моля SiO2:

по реакции Si(T) + O2(г)= SiO2(α-кварц); Δ H º = - 872,1 кДж

и для этой реакции Δ G º298 - 1690·К = - 883500 – 12,5·Т·Lg(Т) + 218,7 Дж/моль Кремний с кислородом может образовывать также моноокись SiO2.

Теплота образования газообразного оксида SiO2 составляет (- 89,45) - (- 91,96) кДж/моль,

а энтропия равна S º298 = 211,5 Дж/(моль·К). Зависимость изменения свободной энергии образования газообразного оксида SiO2 от температуры имеет вид для реакции Siж + 0,5 О2 = SiO2; Δ G ºТ = - 163217 - 42,62·Т Дж/моль С углеродом кремний образует карбид SiC, температура плавления которого выше 2700ºС. Теплота образования карбида составляет 62,8 кДж/моль. Энтропия SiC составляет 16,5 Дж/(к·моль) [2, 3, 6]. 1.2 Свойства и назначение сплава Ферросилиций – сплав кремния с железом и применяется как раскислитель и легирующая добавка при выплавке стали. Поэтому с железом кремний сплавляется в любых соотношениях (рис. 2.1) и образует ряд силицидов – Fe2Si3, FeSi, FeSi2, Fe3Si2 и др., из которых наиболее прочным является FeSi, его температура плавления 1410ºС и Δ H º273 = - 80,38 кДж/моль.

Система Fe–Si. Принятая диаграмма Fe–Si представлена

Кремний относится к ферритообразующим элементам и поэтому сужает область γ–Fe. Максимальная растворимость кремния в γ–Fe составляет 1,63%Si. Двухфазная область (+γ) простирается до 1,94%Si. В системе существуют три эвтектики: первая, соответствующая содержанию 20%Si и температуре плавления 1195ºС, вторая- 51%Si и 1212ºС и третья – 59%Si и 1207ºС. В системе Fe–Si существует ряд силицидов: Fe3Si (14,28%Si), Fe2Si (20%Si), Fe5Si3 (23,18%Si), FeSi (33,46%Si) и FeSi2 (50,15%Si).

Устойчивы до температуры плавления силициды FeSi и FeSi2. Моносилицид FeSi (ε-фаза) имеет область гомогенности (33,2-34,2 % Si), кристаллизуется в кубической системе (а = 0,44898 нм). На рис. 1.2 отмечена область гомогенности силицида FeSi2,3 (ξ-фаза).

Анализ частной диаграммы FeSi–Si

подтверждает, что при 1220ºС образуется высокотемпературная модификация FeSi2,3 (ξ-фаза), называемая

Похожие работы