Oxidation of nickel and transport properties of nickel oxide
Oxidationskinetik för högrent nickel, liksom icke-stökiometri och kemisk diffusion i nickeloxid har studerats som en funktion av temperatur (1373-1673 K) och syretryck (10-105 Pa) med hjälp av mikrotermogravimetrisk teknik. För att eliminera korngränsdiffusionens eventuella deltagande i skaltillväxten vid lägre temperaturer har mätningarna av oxidationshastigheten alltid påbörjats vid den högsta temperaturen (1673 K), när grovkornigt skal bildats, och temperatur- och tryckberoendet av oxidationshastigheten har bestämts genom att stegvis sänka temperaturen på ett sådant föroxiderat prov. Icke-stökiometri och den kemiska diffusionskoefficienten i Ni1-yO har också bestämts på sådana grovkorniga oxidprover, som erhållits genom fullständig oxidation av nickel vid högsta temperatur (1673 K). Det har visat sig att oxidationen av nickel under sådana förhållanden strikt följer den paraboliska hastighetslagen, och den paraboliska hastighetskonstanten för denna reaktion är följande funktion av temperatur och syretryck: kp=0,142pO21/6exp(-(239kJ/mol)/RT). Resultaten av icke-stökiometriska mätningar kan i sin tur beskrivas med följande relation y=0,153pO21/6exp(-(80kJ/mol)/RT). Slutligen har den kemiska diffusionskoefficienten i Ni1-yO visat sig vara oberoende av syreaktiviteten, vilket tyder på att rörligheten hos punktdefekter i denna oxid inte beror på deras koncentration, utan är följande funktion av temperaturen: D̃=0.186exp(-(152kJ/mol)/RT). Det har visats att de paraboliska hastighetskonstanter för nickeloxidation som beräknats från icke-stökiometri och kemiska diffusionsdata stämmer utmärkt överens med experimentellt bestämda kp-värden. Alla dessa resultat visar tydligt att de dominerande defekterna i icke-stökiometrisk nickeloxid (Ni1-yO) är dubbelt joniserade katjonvakanser och elektronhål och att oxidskalan på nickel växer genom utåtriktad volymdiffusion av katjoner.