流态化CVD制备超细Al2O3—SnO2复合粒子过程模型研究.pdf.pdf

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华东理工大学学报..
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流态化制备超细。一复合粒子过程模型研究
;,一华. 李春忠· 成浩胡黎明弓.
华东短工大学技术化学物理研究所,上海
李洪钟
中国科学院化工冶金研究所,北京
提要:基于流态化制备超细复合粒子过程中的反应、成核、包敷、气流
夹带,建立了流态化反应器中描述超细粒子的粒度、分布及成核包敷、成
膜包敷的一维过程模型。针对.·—体系包敷超细。粒子的过程,
研究了反应器中:粒子的形成过程及操作参数对其在。粒子表面的淀
积速率及形态的影响。结果表明,,包敷速率加快,包
敷形态变盖,背景气氛粘度增大,包敷形态变优,包敷速率减小,操作气速增大,
包敷速率加快,包敷形态变优。
关键词。模型,超细柱子,化学气相淀积,包敷三氧化二铝
中图分类号:.,.;. 锡
复合材料的功能,很大程度上取决于包敷物的包敷量及包敷形态,因此超细复合粒子中包
敷物所占比例及其分散形态即成为制备过程优化的主要目标函数。传统的技术主要应
用于基片表面镀膜,对于该过程的模型化研究只涉及成膜过程,未涉及成核与成膜的竞争。对
于利用技术制备超细粒子的过程,胡黎明、李春忠等人基于气溶胶动力学和化学反
应动力学原理,建立了反应器中描述粒子粒度及分布的反应——凝并模型。该模型能够
很好地预测粒子的平均性能与分布,但是该模型只考虑成核过程,没有涉及成膜过程。
本文在胡黎明、李春忠研究的基础上,考虑到流态化反应器中同时存在的成核与成
膜过程,建立了超细复合粒子形态分布的一维数学模型。针对制备超细。.复合粒子
的过程,对模型求解,考察了反应温度等因素对包敷速率及包敷形态的影响。
流态化反应器中成核与成膜的过程分析
向流化床中引入气态源物质,在反应器中进行水解或热解反应,形成包敷物单体,该包敷
物单体将发生以下两个过程①自身之间碰撞凝并成分子簇数个分子与粒子许多分子,②
与床层中处于流化状态的被包敷粒子间碰撞凝并,形成成膜包敷层。当进入反应器中的源物质
罾索自然科学基金资助】,目
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第期华彬等。汽态化■鲁越细·复合粒子过程墨研究
反应形成单体速率等于包敷速率与气流夹带速率时,反应器内包敷粒子的粒度及其分布就不
再发生变化,同时包敷速率、气流夹带速率也不再变化,反应器将处于稳定的操作状态.
. 化学反应
利用过程进行超细粒子的表面加工包敷过程的化学反应,包括气相均相反应及
非均相反应。因一般的过程均为高源速率过程,且反应温度较高,所以本模型仅考虑反
应器内均相反应。假定反应速率为/..水解过程的反应方程式
如下:
. ——.
因该反应是一在常温下即可瞬间完成的快反应,同时,因反应在充分发展的流态化反应器内进
行,且水蒸汽过量,所以假设。· 。.
. 粒子的碰撞凝并
假设在反应系统中,粒子之间仅发生二元碰撞凝并,这时质量处于,和质
量处于’,’之间的粒子的碰撞凝并速率可表示为,妒,妒,,其中,
,“为粒子间的凝并系数,仅决定于粒子的质量和体系的物性】.对于粒子碰擅后可能
发生三种情况:粒子碰撞后进入到段内粒子碰撞后从段移出粒子碰撞后仍保
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