I = — D(dc/8x),
Где J — диффузионный поток (количество вещества в единицу времени на единицу площади); с — концентрация вещества в единице объема; х — расстояние в направлении диффузии; D — коэффициент диффузии, см2/с.
Или, если коэффициент диффузии не зависит от концентрации,
Где т — время
Согласно выражению Нернста—Эйнштейна Д — = BiRT, где B1- подвижность атома (скорость, приобретаемая под действием единицы силы). Это выражение удобно применять при рассмотрении подвижности заряженных частиц и связи между коэффициентом диффузии и электропроводностью.
Атом при перемещении из одного положения в решетке в другое должен пройти через промежуточное положение с высокой энергией.
Величина необходимой для этого энергии называется энергией активации процесса, а температурная зависимость коэффициента диффузии может быть представлена выражением:
Где Е— кажущаяся энергия активации диффузии.
Величина коэффициента диффузии и его изменение с ростом температуры зависят прежде всего от концентрации дефектов кристаллической решетки (вакансий, ионов в междоузлиях), энергии активации их перемещения по решетке. Как правило, на кривой зависимости между температурой и коэффициентом диффузии различают два участка: низкотемпературный, во многом определяемый наличием примесей (так называемая примесная область диффузии), и высокотемпературный (собственно область диффузии).
Для нестехиометрических оксидов концентрация дефектов кристаллической решетки велика по сравнению с концентрацией дефектов по Френкелю и Шоттки в решетке стехиометри — ческих оксидов или по сравнению с концентрацией дефектов, обусловленных наличием примесей. Энергия активациии диффузии катионов при постоянном составе вюстита соответствует величине энергии активации перемещения вакансий по катионным узлам и составляет 125-150 кДж/моль.
В жидкостях диффузия протекает иначе, так как строение решеток у этих систем другое. В этом случае диффузия характеризуется высокими значениями коэффициентов диффузии и низкими значениями величины энергии активации, так как решетка жидкости обладает высокой степенью неупорядоченности.
Необходимо отметить, что диффузия вдоль границ зерен, где решетка менее упорядочена, должна идти быстрее, чем в объеме кристалла. Точно так же и подвижность атомов на поверхности кристалла должна быть больше, чем внутри кристалла. Таким образом, при низких температурах должна преобладать диффузия по поверхности и границам зерен, а при высоких- объемная диффузия.
Структура и свойства оксидов железа
(8)
Железо образует с кислородом три стабильных оксида: Fe1^o, Fe3O4 и Fe2O3 (рис. 2). Вюстит Fe1^O может содержать от 23,1 до 25,6 % O2. Отсюда видно, что стехио — Метрическое отношение Fe : О = 1, соответствующее 22,3 % O2, не достигается. Вюстит имеет гранецентрирован — г-ззг 33
Ную кубическую решетку типа NaCl. Если все узлы решетки, соответствующие ионам кислорода, заняты, то в уз — лах ионов железа имеются вакансии. Считают, что из — за этого в решетке должно находиться эквивалентное число ионов трехвалентного железа, иначе не выполнялось бы условие электронейтральности.
Рис. 2. Диаграмма состояния Fe-O
Избыток положительных зарядов ионов железа может передвигаться по решетке между ионами двух — и трехвалентного железа. Эти заряды называют дефектными электронами, они являются носителями электричества и причиной электропроводности вюстита. Благодаря наличию вакансий ионов железа возможно передвижение ионов железа по решетке, при этом вакансия иона железа блуждает в противоположном направлении. Между коэффициентом самодиффузии железа в вюстите (•Оре) и коэффициентом диффузии вакансий (Db) существует