文档介绍：材料物理化学 固体中的扩散
四川大学材料科学与工程学院杨为中
2018/4/16
杨为中材料物理化学
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1).空位机构-空位扩散系数
T下空位浓度本征空位NV’+非本征空位NI
T下,成功跃过势垒的跃迁频率ν与原子振动频率ν0和迁移活化能ΔGm有关
ΔGf-空位形成能
原子迁移自由程λ-与a0对应
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a)高温下,空位以本征空位为主
考虑:ΔG=ΔH-TΔS
空位形成熵
迁移熵
空位形成能
迁移熵
空位形成能
频率因子
空位迁移能
本征扩散系数
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b)温度足够低: Nν’<< NI ,扩散为受固溶引入的杂质离子电价、浓度等外部因素控制:非本征扩散
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2).间隙机构-间隙扩散系数
晶体间隙浓度往往很小,间隙原子周围往往都空着,可供其跃迁的位置概率P~100%
间隙原子扩散无需形成能,只需迁移能
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D:扩散系数
D0:频率因子,与温度无关项
Q:扩散活化能
对于本征扩散:
空位扩散活化能:形成能+迁移能
间隙扩散活化能:间隙原子迁移能
可见:扩散系数具有统一表达式:
空位机制、间隙机制D0表达方式
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D0形式不同,物理意义不同,反应不同扩散机构
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本征缺陷与杂质缺陷同时存在时
高温下:结构中缺陷(如:空位)主要来源于本征缺陷
→本征扩散为主
n/N=exp(-ΔG/2kT)
低温下,本征缺陷浓度减小,结构缺陷受控于杂质缺陷
→非本征(杂质)扩散为主