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文档简介
第二节扩散的微观机理 一 扩散的机制 1 间隙机制 1 间隙扩散 间隙位置原子克服势垒跃入另一间隙中 间隙小原子的迁移 物质的迁移 激活能 能量起伏 外界能量 2 填隙机制 篡位机制 间隙大原子的迁移 挤走相邻正常晶格位置上的原子 间隙原子 溶质原子 脱位原子 间隙位置溶剂原子 新的间隙原子 物质的迁移 激活能很高 尤其是产生脱位原子的激活能 2 置换扩散 1 空位机制 柯肯道尔效应 原子跳入相邻空位中 实现物质迁移 需要激活能 扩散偶界面两侧原子互扩散速度不相等 界面迁移 2 直接换位机制和环形换位机制 两个或多个原子协同跳动 实现物质迁移 激活能高 二 原子热运动与晶体中的扩散 1 热运动对扩散系数的影响 D 扩散系数 跃迁距离 p 跃迁几率 跃迁频率 热运动 p D 2 扩散激活能 1 间隙机制激活能 2 空位机制激活能 三 晶态化合物中的扩散 本征缺陷 本征扩散 激活能高 非本征缺陷 非本征扩散 激活能低 主导机制 四 非晶态固体中的扩散 非晶态固体 D 第三节扩散的热力学理论 一 扩散驱动力 元素i在体系中的势能 化学位 势能 势函数 对距离的微分 负号表示与化学升高方向相反 力函数 即驱动力 扩散驱动力 来自 自由能下降 即 化学位降低 二 上坡扩散 由低浓度区向高浓度区扩散 即 方向相反 或D 0 诱发原因 弹性应力场的作用 电场 磁场的作用 晶界内吸附作用 调幅分解 应力梯度抵消了浓度梯度 电场 磁场对带电粒子的运动产生影响 典型的化学位梯度与浓度梯度方向相反 溶质原子向晶界偏聚 三 原子迁移率与扩散系数 组元i的平均运动速度Vi Bi 组元在单位驱动力作用下的运动速率 迁移率 第四节反应扩散 一 定义 元素渗入量 扩散量 超过固溶度极限 形成新相的扩散 金属表层分为新相层和有渗入无新相层 两层之间有明确的界面 1 二 特点 原子扩散速度化学反应速度 化学反应速度 扩散速度 总反应扩散速度 初期 渗层薄 扩散速度 反应扩散速度主要取决于化学反应速度 后期 渗层厚 扩散速度 反应扩散速度主要取决于扩散速度 因为 两相混合区中 两相化学位相等 无驱动力 无法出现宏观物质流 第五节影响扩散的因素 一 温度 T 迁移频率 迁移几率 迁移距离 原子能量 2 固溶体类型 间隙固溶体 二 晶体结构与类型 1 晶体结构 致密度 各向异性晶体 溶解度 原子迁移难度 D D 扩散同时呈现各向异性 Q 置换固溶体 D Q D 三 晶体缺陷 1 点缺陷 空位 浓度 表面扩散 Q Q 界面扩散 2 位错 3 面缺陷 D 管道机制 D 陷阱机制 D Q D
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