文档介绍：影响扩散的因素
反应扩散
离子晶体的扩散
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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
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1、温度的影响
对不同物质：
同一温度600℃对Al,Fe来说D差别很影响扩散的因素
反应扩散
离子晶体的扩散
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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
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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
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1、温度的影响
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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：Mo W
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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
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
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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
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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****惯上也称为相变扩散或反应扩散
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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离子导电陶瓷
氧离子导体 ZrO2 CaTiO3
钠离子导体 Na β-Al2O3
锂离子导体 Li β-Al2O3 Li3N
氢离子导体 H β-Al2O3
…………
电池：锂电池、燃料电池、传感器等
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固体氧化物燃料电池（SOFC）
基本工作原理
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燃料电池
1839年，
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(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