扩散-影响因素

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：NiMnC在γ-Fe中减少：Ni在Au-Ni中第三组元的影响对γ-Fe，促进扩散元素：Co

阻碍扩散元素：MoW3、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

α-Fe的自扩散系数大约是γ-Fe的240倍（912℃

）

Ni在α-Fe中的扩散系数是γ-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ZrO2CaTiO3钠离子导体Naβ-Al2O3锂离子导体Liβ-Al2O3Li3N氢离子导体Hβ-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KLiCO3溶盐ZrO2-Y2O3(8YSZ)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)

LaxSr1-xMn(Co)O3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）

BaTiO3负温度系数热敏电阻（NTC）

Cu-MnCo-MnNi-MnMnCoO4急剧变化热敏电阻（CTR）

VO2气敏陶瓷SnO2ZnOFe2O3ZrO2CoO2-MgO气体