Num mesmo sólido, três tipos de difusão podem ser observados:
1- em superfície; 2- em contorno de grão; 3 – em volume. A difusão em volume, também denominada difusão no reticulado, será de evidente importância nesse caso, mas, se houver um contorno de grão na direção x, ocorrerá a difusão em contorno de grão. Já se existir uma trinca na direção x, os átomos serão transportados para o interior por difusão em superfície. Os três tipos de difusão estão ilustrados esquematicamente na Figura 14.h.
Um átomo em difusão se move mais facilmente ao longo do contorno do que através do volume do reticulado; é, portanto, menor a energia de ativação Q requerida para a difusão em contorno de grão, se comparado com o valor requerido para a difusão em volume. Além disso, como a quantidade de material transportado por qualquer dos três tipos de difusão é calculada pela Primeira Lei de Fick (Equação 14.2), para um mesmo gradiente de composição, a quantidade de material transportado dependerá da área efetiva através da qual os átomos se difundem. Admitindo-se que a “espessura” efetiva de um contorno de grão, ou de um caminho de difusão em superfície, é da ordem de várias distâncias interatômicas (
), as áreas destes caminhos são muito pequenas se comparadas com as áreas de um caminho de difusão em volume. Uma explicação atomística do porque a difusividade ao longo dos chamados “defeitos cristalinos” (superfície e contorno de grão) é maior que no volume, é que há uma maior disponibilidade de espaço para a movimentação atômica nas vizinhanças dos defeitos (os átomos do contorno de grão apresentam um número de coordenação menor se comparado com o dos átomos no interior dos grãos). Os mecanismos de difusão em contorno de grão e a difusão em superfície são importantes em fenômenos como sinterização e oxidação de metais.
A animação da Figura 14.h mostra o perfil de concentrações para um material (de cor laranja, para realçar) que se difunde através do volume, do contorno de grão e da superfície do material (inclusive trincas).
Figura 14.h – Perfil de concentração para difusão em superfície, em contorno de grão e em volume, para o mesmo sólido.