固体扩散机制及扩散动力学方程.ppt

文档介绍：扩散
第一节引言
第二节固体扩散机制及扩散动力学方程
第三节扩散系数
第四节影响扩散系数的因素
第一节引言 就固体中原子(或离子)的运动而论,有两种不同的方式。一种为大量原子集体的协同运动,或称机械运动;另一种为无规则的热运动,其中包括热振动和跳跃迁移: 所谓扩散是由于大量原子的热运动引起的物质的宏观迁移。
一、从不同的角度对扩散进行分类(1)按浓度均匀程度分: 有浓度差的空间扩散叫互扩散;没有浓度差的扩散叫自扩散(2) 按扩散方向分: 由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散,又称下坡扩散; 由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散,又称上坡扩散。
(3) 按原子的扩散方向分:
在晶粒内部进行的扩散称为体扩散;在表面进行的扩散称为表面扩散;沿晶界进行的扩散称为晶界扩散。表面扩散和晶界扩散的扩散速度比体扩散要快得多,一般称前两种情况为短路扩散。此外还有沿位错线的扩散,沿层错面的扩散等。
二、扩散的推动力 当不存在外场时,晶体中粒子的迁移完全是由于热振动引起的。只有在外场作用下,这种粒子的迁移才能形成定向的扩散流。也就是说,形成定向扩散流必需要有推动力,这种推动力通常是由浓度梯度提供的。 但应指出,在更普遍情况下,扩散推动力应是系统的化学位梯度;
第二节固体扩散机构及其动力学方程 固体扩散机构 与气体、液体不同的是固体粒子间很大的内聚力使粒子迁移必须克服一定势垒,这使得迁移和混和过程变得极为缓慢。然而迁移仍然是可能的。但是由于存在着热起伏,粒子的能量状态服从波尔兹曼分布定律。
图1 粒子跳跃势垒示意图
晶体中粒子迁移的方式,即扩散机构示意图。其中:: 如(a)。: 如(b)。: 如(c)。: 如(d)。: 如(e)。
图2 晶体中的扩散
讨论:在以上各种扩散中,。,在间隙位置和空位处势能较高(见图):,其次是间隙扩散和准间隙扩散。