固体拡散

固体拡散は、固体内での原子、イオン、電子の移動を表す。気体や液体の拡散と比較すると非常に遅く、原子レベルでの物質移動の中で最も遅い形態である。それにもかかわらず、多くの産業や技術プロセスにおいて決定的な役割を果たしている。

固体拡散は、例えば粉末冶金やエンジニアリング・セラミックスで特に使用される。ここでは、金属、酸化物、炭化物など、微細に分散した異物が高圧下で圧縮され、焼結される。焼結中、粒子は粒界または結晶格子を介して隣接する粒子に浸透する。その結果、カスタマイズされた特性を持つ高密度で強固な複合材料が得られる。

技術的利用のもうひとつの例は、半導体部品の製造である。マイクロエレクトロニクスでは、ドーパント（ホウ素、リンなど）を固体拡散によってシリコン結晶に選択的に導入し、電気的特性を定義する。

アミクソンの精密ミキサーは理想的な均一分配を実現します。摩耗のない混合が可能です。

しかし、固体拡散は有用な効果であるばかりでなく、問題を引き起こすこともある。よく知られた例として、水素脆化現象がある。純水素は、長期間にわたって鋼やチタンなどの金属中に拡散する。その結果、材料の微細構造が変化し、脆化や材料の破損につながる。この問題は、パイプライン、高圧タンク、バルブ、水素技術部品に特に関連しています。

固体拡散のさらなる例：

腐食防止と熱拡散：アルミニウム、クロム、亜鉛などの拡散元素が鋼鉄のコーティングに使用される。
拡散接合：2つの金属表面が、温度と圧力によって溶融することなく接合される。
リチウムイオン電池：充放電の過程で、リチウムイオンが固体電極構造中を拡散する。
ガラスやセラミックの着色：焼成過程でイオン（コバルト、銅、鉄など）が固体マトリックス中に拡散し、色の濃淡を作り出す。

固体拡散は、熱的（温度による）または化学的（濃度勾配による）に制御することができる。拡散は通常不可逆的で、結晶構造、結合力、温度に大きく依存する。