華格納氧化過程

華格納氧化過程是指他在1933年建立的有關氧化膜拋物線生長動力學規律的理論。這個理論對厚膜(≥10nm)成立。由這一理論明確了正負離子通過已形成的氧化膜的擴散是金屬氧化的速率控制步驟時,氧化動力學遵循拋物線規律,並確定了拋物線速率常數與參與反應的粒子的電導率、擴散係數、氧分壓等參數之間的定量關係。華格納理論也是合金內氧化及選擇性氧化理論的基礎。

基本介紹

• 中文名：華格納氧化過程
• 外文名：wagner theory of oxidation
• 套用領域：能源材料
• 研究內容：氧化膜拋物線生長動力學規律

華格納氧化過程的假定條件

(1)氧化物層是緻密、完整整的粘附銹層。

(2)離子和電子穿過銹層的遷移速率是控制過程。

(3)在金屬——銹層和銹層——氣體界面上建立起熱力學平衡。

(4)氧化物銹層的成分與其分子式只有一個小偏差。

(5)在整個銹層中建立起局部的熱力學平衡。

(6)銹層與發生電荷效應(雙電層)的空間比較要厚。

(7)氧在金屬中的溶解度是可以忽略的。

華格納氧化過程詳解

金屬氧化過程中,在金屬/氧化膜和氧化膜/氣體兩個界面的反應速度很快,因此可認為界面反應處於熱力學平衡狀態，由於兩個界面上金屬和氧的活度不同，因此存在金屬和氧的化學位梯度。

粒子遷移為氧化控制步驟的華格納氧化過程

在化學位梯度作用下,金屬離子和氧離子通過氧化膜向相反方向遷移。由於界面反應為快過程,兩個界面上分別存在符號相反的淨電荷。同時,遷移的離子是帶電荷的,對相反符號的電子或電子空穴產生電場作用力。在此電場作用下,電子發生從M/MO界面向/MO界面遷移,電子空穴向相反方向遷移。氧化膜記憶體在的電場同時也作用到陽離子和陰離子上。因此,氧化過程中,氧化膜內傳輸的粒子都是在化學位梯度和電位梯度的作用下發生遷移的。由於離子和電子同時發生遷移,並且它們的遷移速度是相互達到平衡狀態,因此氧化膜內沒有淨電荷遷移。

華格納氧化過程的特別在於除化學位差(濃度差)外,多增加了一項電位差作為粒子在氧化膜內遷移的驅動力。