扩散影响因素

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,影响扩散的因素,反应扩散,离子晶体的扩散,影响扩散的因素,1、温度,温度是影响扩散速率的最主要因素,在低温下，固体材料的扩散很小，可以忽略,1、温度的影响,对不同物质：,同一温度600对Al,Fe来说D差别很大,Al此时D很大,Fe此时D很小,对不同的物质，可近似比较，与熔点接近的程度。与熔点越接近，D越大,1、温度的影响,2、成份的影响,组元特性,扩散激活能原子间接合力：微观宏观参量,固溶体，阿A加入B 熔点下降，D升高,熔点升高，D下降,组员浓度,扩散系数是浓度的函数，浓度增大时,D增大或减少,增大：Ni Mn C 在,-Fe,中,减少：Ni在Au-Ni中,第三组元的影响,对,-Fe,，促进扩散元素：Co,阻碍扩散元素：Mo W,3、,结构因素,固溶体类型,间隙扩散一般激活能小，更快扩散,置换型固溶体扩散要慢得多,晶体结构,-Fe,的自扩散系数大约是,-Fe,的240倍（912,）,Ni在,-Fe,中的扩散系数是,-Fe,的1400倍（900,）,主要原因：体心立方结构间隙大，原子较易迁移,各相异性，最密排面扩散系数小,4、,晶体缺陷-短路扩散,缺陷处原子处于较高的能态，易跃迁,缺陷处的扩散激活能比晶内小,表面扩散界面扩散点阵扩散,反应扩散,前面讲的主要是单相固溶体中的扩散，其特点为：渗入的原子浓度小于其在基体中的固溶度,反应扩散：一般出现在表面渗CN等处理中，当某种元素通过扩散，自金属表面向内渗透时，若渗入元素含量,超过基体金属的溶解度,，会在,扩散过程中出现新相,，这种通过扩散形成新相的现象称为,多相扩散,，习惯上也称为,相变扩散,或,反应扩散,特点,相变，扩散过程中有多相存在,每一层均为单向区，不存在双相区,相律分析,浓度出现阶跃,讨论：,单相区内按菲克定律,相界处平衡成分按相图,特殊情况,扩散层中可能没有相图中固有的相,相界推进的速度不同，吃掉,扩散层中可能出现相图中没有的亚稳相,非平衡情况，受动力学控制,离子晶体中的扩散,前面讨论的金属扩散，原子可以跃迁进入邻近的任何空位或间隙金属键的特性,但在离子晶体中，离子只能进入具有相同电荷的位置,离子晶体中的缺陷,肖特基缺陷,阳离子空位+阴离子空位缺陷离子对,弗仑克尔缺陷,填隙原子 空位,非化学计量比缺陷,掺杂,非化学计量比缺陷,结构性缺陷，非常有利于扩散,例：(1)FeO中添加Fe,2,O,3,(2)ZrO,2,中添加CaO,当晶格中Fe,2+,被Fe,3+,替代后，必然出现+电荷过量，从而出现负电荷空位以补偿。达到电中性。,离子晶体的扩散机制,空位扩散,MgO,中的,Mg,2+,间隙扩散,AgBr,中的,Ag,1-,亚晶格间隙扩散，特例,AgI,CuI,离子电导、超离子电导,在离子晶体中，热运动下会发生自扩散，但各向扩散通量相当，无电流,当外加电场后，材料中的离子定向移动，产生电流,离子电导,金属中：电子,离子晶体：离子或空位,电导率与扩散系数密切相关,间隙机制,空位机制,离子导电陶瓷,氧离子导体 ZrO,2,CaTiO,3,钠离子导体 Na,-Al,2,O,3,锂 离子导体 Li,-Al,2,O,3,Li,3,N,氢离子导体 H,-Al,2,O,3,电池：锂电池、燃料电池、传感器等,固体氧化物燃料电池,（SOFC）,基本工作原理,燃料电池,1839年，英国人,W.Grove,就提出了氢和氧反应可以发电的原理,燃料电池的分类,类型,磷酸盐型燃料电池(PAFC),融碳酸盐型燃料电池(MCFC),固体氧化物型燃料电池(SOFC),聚合物离子膜燃料电池(PEMFC),燃料,煤气,天然气,甲醇等,煤气,天然气,甲醇等,煤气,天然气,甲醇等,纯H2,电解质,磷酸水溶液,KLiCO,3,溶盐,ZrO,2,-Y,2,O,3,(8 YSZ),离子(Na离子),阳极电极阴极,多孔质石墨(Pt催化剂)含Pt催化剂+多孔质石墨+Tefion,多孔质镍(不要Pt催化剂)多孔NiO(掺锂),Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)LaxSr,1,-,x,Mn(Co)O,3,多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)多孔质石墨或Ni(Pt催化剂),工作温度,-200,-650,800-1000,-100,敏感陶瓷半导体陶瓷,传感器的关键材料,半导体陶瓷共同的特点：导电性随环境变化,热敏陶瓷,湿敏陶瓷,光敏陶瓷,压敏陶瓷,气敏陶瓷,.,热敏陶瓷,三类：,正温度系数热敏电阻（PTC）,BaTiO,3,负温度系数热敏电阻（NTC）,Cu-Mn Co-Mn Ni-Mn MnCoO,4,急剧变化热敏电阻（CTR）,VO,2,气敏陶瓷,SnO,2,ZnO,Fe,2,O,3,ZrO,2,CoO,2,-MgO,气体探测：燃气报警、汽车传感,湿敏陶瓷,MgCr,2,O,4,-TiO,2,Si-Na,2,O-V,2,O,5,光敏陶瓷 红外探测、,CCD,CdS,CaSe,PaS,压敏陶瓷 压力传感器,ZnO,