擴(kuò)散影響因素

擴(kuò)散影響因素第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五影響擴(kuò)散的因素1、溫度溫度是影響擴(kuò)散速率的最主要因素在低溫下，固體材料的擴(kuò)散很小，可以忽略第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五1、溫度的影響對(duì)不同物質(zhì)：同一溫度600℃對(duì)Al,Fe來說D差別很大Al此時(shí)D很大,Fe此時(shí)D很小對(duì)不同的物質(zhì)，可近似比較，與熔點(diǎn)接近的程度。與熔點(diǎn)越接近，D越大第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五1、溫度的影響第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五2、成份的影響組元特性擴(kuò)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(diǎn)下降，D升高熔點(diǎn)升高，D下降組員濃度擴(kuò)散系數(shù)是濃度的函數(shù)，濃度增大時(shí),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(duì)γ-Fe，促進(jìn)擴(kuò)散元素：Co

阻礙擴(kuò)散元素：MoW第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五3、結(jié)構(gòu)因素固溶體類型

間隙擴(kuò)散一般激活能小，更快擴(kuò)散置換型固溶體擴(kuò)散要慢得多晶體結(jié)構(gòu)

α-Fe的自擴(kuò)散系數(shù)大約是γ-Fe的240倍（912℃

）

Ni在α-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)是γ-Fe的1400倍（900℃

）主要原因：體心立方結(jié)構(gòu)間隙大，原子較易遷移各相異性，最密排面擴(kuò)散系數(shù)小第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五4、晶體缺陷-短路擴(kuò)散缺陷處原子處于較高的能態(tài)，易躍遷缺陷處的擴(kuò)散激活能比晶內(nèi)小表面擴(kuò)散>界面擴(kuò)散>點(diǎn)陣擴(kuò)散第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五反應(yīng)擴(kuò)散前面講的主要是單相固溶體中的擴(kuò)散，其特點(diǎn)為：滲入的原子濃度小于其在基體中的固溶度反應(yīng)擴(kuò)散：一般出現(xiàn)在表面滲CN等處理中，當(dāng)某種元素通過擴(kuò)散，自金屬表面向內(nèi)滲透時(shí)，若滲入元素含量超過基體金屬的溶解度，會(huì)在擴(kuò)散過程中出現(xiàn)新相，這種通過擴(kuò)散形成新相的現(xiàn)象稱為多相擴(kuò)散，習(xí)慣上也稱為相變擴(kuò)散或反應(yīng)擴(kuò)散第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五特點(diǎn)相變，擴(kuò)散過程中有多相存在每一層均為單向區(qū)，不存在雙相區(qū)相律分析濃度出現(xiàn)階躍討論：?jiǎn)蜗鄥^(qū)內(nèi)按菲克定律相界處平衡成分按相圖第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五特殊情況擴(kuò)散層中可能沒有相圖中固有的相相界推進(jìn)的速度不同，吃掉擴(kuò)散層中可能出現(xiàn)相圖中沒有的亞穩(wěn)相非平衡情況，受動(dòng)力學(xué)控制第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五離子晶體中的擴(kuò)散

前面討論的金屬擴(kuò)散，原子可以躍遷進(jìn)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(jìn)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(duì)弗侖克爾缺陷填隙原子空位非化學(xué)計(jì)量比缺陷摻雜第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五非化學(xué)計(jì)量比缺陷結(jié)構(gòu)性缺陷，非常有利于擴(kuò)散例：(1)FeO中添加Fe2O3(2)ZrO2中添加CaO

當(dāng)晶格中Fe2+被Fe3+替代后，必然出現(xiàn)+電荷過量，從而出現(xiàn)負(fù)電荷空位以補(bǔ)償。達(dá)到電中性。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五離子晶體的擴(kuò)散機(jī)制空位擴(kuò)散MgO中的Mg2+間隙擴(kuò)散AgBr中的Ag1-亞晶格間隙擴(kuò)散，特例AgICuI離子電導(dǎo)、超離子電導(dǎo)在離子晶體中，熱運(yùn)動(dòng)下會(huì)發(fā)生自擴(kuò)散，但各向擴(kuò)散通量相當(dāng)，無電流當(dāng)外加電場(chǎng)后，材料中的離子定向移動(dòng)，產(chǎn)生電流第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五離子電導(dǎo)金屬中：電子離子晶體：離子或空位電導(dǎo)率與擴(kuò)散系數(shù)密切相關(guān)間隙機(jī)制空位機(jī)制第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五離子導(dǎo)電陶瓷氧離子導(dǎo)體ZrO2CaTiO3鈉離子導(dǎo)體Naβ-Al2O3鋰離子導(dǎo)體Liβ-Al2O3Li3N氫離子導(dǎo)體Hβ-Al2O3

…………電池：鋰電池、燃料電池、傳感器等第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五固體氧化物燃料電池（SOFC）基本工作原理第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五燃料電池1839年，英國(guó)人W.Grove就提出了氫和氧反應(yīng)可以發(fā)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(zhì)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(zhì)石墨

(Pt催化劑)

含Pt催化劑+多孔

質(zhì)石墨+Tefion多孔質(zhì)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(zhì)石墨或Ni

(Pt催化劑)

多孔質(zhì)石墨或Ni

(Pt催化劑)工作溫度-200℃-650℃800-1000℃-100℃第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五敏感陶瓷—半導(dǎo)體陶瓷傳感器的關(guān)鍵材料半導(dǎo)體陶瓷共同的特點(diǎn)：導(dǎo)電性隨環(huán)境變化熱敏陶瓷濕敏陶瓷光敏陶瓷壓敏陶瓷氣敏陶瓷

….第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五熱敏陶瓷三類：正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）

BaTiO3負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）

Cu-MnCo-MnNi-MnMnCoO4急劇變化熱敏電阻（CTR）

VO2第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五氣敏陶瓷SnO2ZnOFe2O3ZrO2CoO2-MgO氣體探測(cè)：燃?xì)鈭?bào)警、汽車傳感第