冶金和材料过程中的气固相反应

气－固相反应是材料生产和使用过程中最最重要的反应。材料的生产过程有大量的气固相反应，而材料成品的使用过程，如防止氧化和控制吸放氢速率等，也牵涉到气－固相反应。但是，气－固相反应动力学的研究一直进展缓慢。至今，对其动力学规律的认识仍停留在半世纪前抛物线规律描述上，计算结果也不甚理想。究其原因，是实验基础不足和多相反应研究的困难。近年来，我们在研究储氢材料反应速率和无机非材料氧化方面总结了一些经验，即实验上多方面考察各种因素的影响，理论上使用有效模型的方法，取得了一定的进展。本课题准备将这一方法拓展到对金属和氧化物的氧化还原的气－固相反应过程中。预期将会得到积极的结果，它不仅能指导生产和应用、还将大大地促进气－固相反应理论的发展。

气-固相反应在冶金过程和其它材料的加工过程中占有重要的地位，但这样一个重要课题，目前国际上的研究长期处于停滞状态。本课题将气-固相反应动力学作为研究的主要内容，并提出解决气-固相反应动力学问题的方法：i）开展一系列的实验研究，全面测定各种因素对反应速率的影响，尤其是外界条件，样品形貌，颗粒分不等一些以前从未考虑过的因素影响；ii）根据反应机构提出适用的模型并通过上述实验数据，提取参数和检验模型，以期得到最合理的结果。.经过三年来的努力，我们取得了一定的成绩，基本上达到了预期的目标，动力学模型的研究取得了突破性进展。我们对锌、镁、铝、镍以及铝锌镀层等金属进行了不同氧气分压、不同温度下的实验，还测定了颗粒尺寸等因素对其氧化速率的影响。并从理论模型上进行推导，找出了温度、氧分压、颗粒大小、材料形状、升温速度等对气-固相反应速率的影响，给出了解析解的特殊定量关系。三年来，我们共发表论文26篇，在国际会议上作了2次特邀报告，并培养了2名博士生和2名硕士生。