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Werkstofftechnik 1 - Diffusion

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Werkstofftechnik 1

Diffusion

Unter der Diffusion versteht man einen Vorgang, bei dem ein durch thermische Fluktuation bedingter Platzwechsel von Atomen oder Ionen stattfindet. Die Frequenz des Auftretens steigt mit dem Anstieg der Temperatur. Der Vorgang selbst läuft wie folgt ab:

  1. Durch thermischen Einfluss erhöht sich die Schwingungsenergie,
  2. Baustein beginnt zu schwingen,
  3. Baustein verlässt das Gleichgewicht der vorhandenen Bindungskräfte
  4. Baustein nimmt neuen benachbarten Platz ein. 

Ferner differenziert man den Diffusionsvorgang nach dem Ort des Auftretens:

  1. Eine Diffusion im Strukturinneren bezeichnet man als Volumendiffusion, bzw. Gitterdiffusion.
  2. Ein Diffusionsvorgang längs der Grenzflächen wird als Grenzflächendiffusion bezeichnet. 

Bei Letzterem unterscheidet man weiter zwischen

  • Korngrenzendiffusion, dh. Diffusion entlang der Korngrenzen.
  • Oberflächendiffusion, dh. Diffusion an der äußeren Oberfläche.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Im Gegensatz zur Volumendiffusion sind die Bausteine bei der Grenzflächendiffusion an der Oberfläche weniger stark gebunden und da ohnehin die Grenzfläche eine höhere Störungsquote besitzen, führt dies zu einer Reduzierung der benötigten Aktivierungsenergie für den Diffusionsvorgang. Auch die Geschwindigkeit mit der die Diffusion abläuft ist bei der Grenzflächendiffusion um ein mehrfaches höher als bei der Volumendiffusion. Besonders bei mittleren und niedrigen Temperaturen lässt sich dieser Unterschied beobachten. 

Aber

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Im Verhältnis ist das Gesamtvolumen um ein vielfaches größer als die Summe der Korngrenzen- und Oberflächenbereiche, wodurch der Volumendiffusion ein weit aus größerer Bereich zur Verfügung steht. Da ist es auch nicht verwunderlich, dass gerade bei höheren Temperaturen das Diffusionsgeschehen, beinahe ausschließlich durch die Volumendiffusion geprägt wird.