擴散-影響因素

影響擴散的因素反應擴散離子晶體的擴散影響擴散的因素1、溫度溫度是影響擴散速率的最主要因素在低溫下，固體材料的擴散很小，可以忽略1、溫度的影響對不同物質：同一溫度600℃對Al,Fe來說D差別很大

Al此時D很大,Fe此時D很小對不同的物質，可近似比較，與熔點接近的程度。與熔點越接近，D越大1、溫度的影響2、成份的影響組元特性擴散激活能—原子間接合力：微觀宏觀參量固溶體，阿A加入B熔點下降，D升高熔點升高，D下降組員濃度擴散系數是濃度的函數，濃度增大時,D增大或減少增大：NiMnC在γ-Fe中減少：Ni在Au-Ni中第三組元的影響對γ-Fe，促進擴散元素：Co

阻礙擴散元素：MoW3、結構因素固溶體類型

間隙擴散一般激活能小，更快擴散置換型固溶體擴散要慢得多晶體結構

α-Fe的自擴散系數大約是γ-Fe的240倍（912℃

）

Ni在α-Fe中的擴散系數是γ-Fe的1400倍（900℃

）主要原因：體心立方結構間隙大，原子較易遷移各相異性，最密排面擴散系數小4、晶體缺陷-短路擴散缺陷處原子處于較高的能態，易躍遷缺陷處的擴散激活能比晶內小表面擴散>界面擴散>點陣擴散反應擴散前面講的主要是單相固溶體中的擴散，其特點為：滲入的原子濃度小于其在基體中的固溶度反應擴散：一般出現在表面滲CN等處理中，當某種元素通過擴散，自金屬表面向內滲透時，若滲入元素含量超過基體金屬的溶解度，會在擴散過程中出現新相，這種通過擴散形成新相的現象稱為多相擴散，習慣上也稱為相變擴散或反應擴散特點相變，擴散過程中有多相存在每一層均為單向區，不存在雙相區相律分析濃度出現階躍討論：單相區內按菲克定律相界處平衡成分按相圖特殊情況擴散層中可能沒有相圖中固有的相相界推進的速度不同，吃掉擴散層中可能出現相圖中沒有的亞穩相非平衡情況，受動力學控制離子晶體中的擴散

前面討論的金屬擴散，原子可以躍遷進入鄰近的任何空位或間隙—金屬鍵的特性但在離子晶體中，離子只能進入具有相同電荷的位置離子晶體中的缺陷肖特基缺陷陽離子空位+陰離子空位—缺陷離子對弗侖克爾缺陷填隙原子空位非化學計量比缺陷摻雜非化學計量比缺陷結構性缺陷，非常有利于擴散例：(1)FeO中添加Fe2O3(2)ZrO2中添加CaO

當晶格中Fe2+被Fe3+替代后，必然出現+電荷過量，從而出現負電荷空位以補償。達到電中性。離子晶體的擴散機制空位擴散MgO中的Mg2+間隙擴散AgBr中的Ag1-亞晶格間隙擴散，特例AgI

CuI離子電導、超離子電導在離子晶體中，熱運動下會發生自擴散，但各向擴散通量相當，無電流當外加電場后，材料中的離子定向移動，產生電流離子電導金屬中：電子離子晶體：離子或空位電導率與擴散系數密切相關間隙機制空位機制離子導電陶瓷氧離子導體ZrO2CaTiO3鈉離子導體Naβ-Al2O3鋰離子導體Liβ-Al2O3Li3N氫離子導體Hβ-Al2O3

…………電池：鋰電池、燃料電池、傳感器等固體氧化物燃料電池（SOFC）基本工作原理燃料電池1839年，英國人W.Grove就提出了氫和氧反應可以發電的原理燃料電池的分類類型磷酸鹽型燃料電池(PAFC)融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)固體氧化物型燃料電池(SOFC)聚合物離子膜燃料電池(PEMFC)燃料煤氣,天然氣,甲醇等煤氣,天然氣,甲醇等煤氣,天然氣,甲醇等純H2電解質磷酸水溶液KLiCO3溶鹽ZrO2-Y2O3(8YSZ)離子(Na離子)陽極

電極

陰極多孔質石墨

(Pt催化劑)

含Pt催化劑+多孔

質石墨+Tefion多孔質鎳

(不要Pt催化劑)

多孔NiO(摻鋰)Ni-ZrO2金屬陶瓷(不要Pt催化劑)

LaxSr1-xMn(Co)O3多孔質石墨或Ni

(Pt催化劑)

多孔質石墨或Ni

(Pt催化劑)工作溫度-200℃-650℃800-1000℃-100℃敏感陶瓷—半導體陶瓷傳感器的關鍵材料半導體陶瓷共同的特點：導電性隨環境變化熱敏陶瓷濕敏陶瓷光敏陶瓷壓敏陶瓷氣敏陶瓷

….熱敏陶瓷三類：正溫度系數熱敏電阻（PTC）

BaTiO3負溫度系數熱敏電阻（NTC）

Cu-MnCo-MnNi-MnMnCoO4急劇變化熱敏電阻（CTR）

VO2氣敏陶瓷SnO2ZnOFe2O3ZrO2CoO2-MgO氣體