《扩散影响因素》PPT课件.ppt

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Fe2O3(2)ZrO2中添加CaO 当晶格中Fe2+被Fe3+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Mg2+间隙扩散 AgBr中的Ag1-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 ZrO2 CaTiO3钠离子导体 Na-Al2O3锂 离子导体 Li-Al2O3 Li3N氢离子导体 H-Al2O3 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,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）BaTiO3负温度系数热敏电阻（NTC）Cu-Mn Co-Mn Ni-Mn MnCoO4急剧变化热敏电阻（CTR）VO2,气敏陶瓷,SnO2ZnOFe2O3ZrO2CoO2-MgO气体探测：燃气报警、汽车传感,湿敏陶瓷 MgCr2O4-TiO2 Si-Na2O-V2O5光敏陶瓷 红外探测、CCD CdS CaSe PaS压敏陶瓷 压力传感器 ZnO,