Modèle de réactions solide-solide avec réaction de cœur

Département de Chimie Physique des Processus Industriels Ecole Nationale Supérieure des Mines, 158, cours Fauriel, 42023 St-Etienne Cedex, France.

Résumé

A l’aide de la symbolique des défauts de structure, des mécanismes réactionnels détaillés permettant de comprendre le déroulement d’une réaction solide-solide sont présentés. Suivant le type de défaut prédominant du solide formé par la réaction AO + BO → ABO₂, les auteurs précisent à quel interface a lieu la création de la nouvelle phase, quelles sont les espèces diffusantes, et ils montrent comment peut intervenir la phase gazeuse. Les interfaces mobiles au cours de la réaction sont explicités. Enfin, des réactions de cœur permettant l’annihilation de lacunes formées par la réaction aux interfaces externes sont mises en évidence. Le cas particulier où la réaction est effectuée avec de gros grains sphériques AO entourés de grains fins BO est envisagé : si la réaction se propage grâce à la diffusion de lacunes cationiques de l’espèce A ou de cations A²⁺ interstitiels dans le réseau ABO₂, le modèle prévoit la formation d’une cavité au centre des grains AO ; dans ce cas, la loi cinétique classique de Valensi-Carter ne s’applique plus.

Abstract

Structure elements are used to describe mechanisms of the solid-solid reactions. Such mechanisms are based on the real structure of the semi-conductors. According to the type of the principal defect of the oxide created by the reaction AO + BO → ABO₂ the authors identify the diffusing species and the interface where the new phase appears.

They also show the dependence of the reaction process upon the gaseous phase. The directions of the interface displacements are indicated and “annihilation reactions” in the bulk allowing the disparition of the vacancies created by the reaction itself at external interfaces are shown.

When the reaction is carried out with spheroïdal grains AO surrounded by finely powdered grains BO two cases can be considered: the first one (Carters’s model) includes the diffusion of B species through ABO₂. In the second one (our model), the reaction occurs by means of the diffusion of cationic vacancies V_A²⁺ or interstitial cations A_/2+ through ABO₂: in this case the formation of a cavity in the center of the grains AO is predicted, and the classical Valensi-Carter’s kinetic law does not apply anymore.