4-2 扩散的微观机理
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1. 揭示了扩散宏观规律与微观机制的内在联系； 2. 扩散系统中每一种组元都有各自的扩散系数
Cu
Ni
Cu
Ni
随机行走：
对晶体中的原子而言，大部分原子振动，个别原子跳动； 对单个原子而言，大部分时间振动，某一时刻跳动
—— 原子向任意方向跳动的几率相等，跳动路线是曲折的 D —— 扩散系数，
D 2 p
Q间隙机制 < Q空位机制 ————
D间隙机制 > D空位机制
本征缺陷
——
本征扩散
—— 激活能高 —— 激活能低 ——主导机制
非本征缺陷 ——非本征扩散
非晶态固体
原子排列松散 原子能量较高
Q↓ ↑，p↑，Γ↑
D↑
1）间隙机制 ——间隙小原子的迁移 间隙位置原子克服势垒跃 入另一间隙中
实现
物质的迁移
需要
激活能 外界能量
能量起伏
2）填隙机制（篡位机制）——间隙大原子的迁移 间隙原子 脱位原子 （溶质原子） （间隙位置溶剂原子) 挤走相邻正常晶格位置上的原子
产生
新的间隙原子
实现
物质的迁移 激活能很高 （尤其是产生脱位原子的激活能）
自由能 G2
G1
1
位置
2
1）空位机制 原子跳入相邻空位中—— 实现物质迁移 —— 需要激活能
2）直接换位机制 和 环形换位机制
两个(多个)原子协同跳动——实现物质迁移——激活能高
面心立方晶体的空位扩散机制
环形换位扩散模型
柯肯道尔效应：
扩散偶界面两侧原子互扩散速度不相等 —— 界面迁移
意义：
—— 跃迁距离，
p —— 跃迁几率， Γ—— 跃迁频率
热运动 —— ↑， p↑，Γ↑ —— D ↑
1）间隙机制激活能
激活能Q 体系自由能增加 G 推开两侧原子的能 量E
D D0e
2）空位机制激活能ห้องสมุดไป่ตู้
E RT
Q E跳动 E空位形成能
D D0e
3）比较
E跳动 E空位形成能 RT
Cu
Ni
Cu
Ni
随机行走：
对晶体中的原子而言，大部分原子振动，个别原子跳动； 对单个原子而言，大部分时间振动，某一时刻跳动
—— 原子向任意方向跳动的几率相等，跳动路线是曲折的 D —— 扩散系数，
D 2 p
Q间隙机制 < Q空位机制 ————
D间隙机制 > D空位机制
本征缺陷
——
本征扩散
—— 激活能高 —— 激活能低 ——主导机制
非本征缺陷 ——非本征扩散
非晶态固体
原子排列松散 原子能量较高
Q↓ ↑，p↑，Γ↑
D↑
1）间隙机制 ——间隙小原子的迁移 间隙位置原子克服势垒跃 入另一间隙中
实现
物质的迁移
需要
激活能 外界能量
能量起伏
2）填隙机制（篡位机制）——间隙大原子的迁移 间隙原子 脱位原子 （溶质原子） （间隙位置溶剂原子) 挤走相邻正常晶格位置上的原子
产生
新的间隙原子
实现
物质的迁移 激活能很高 （尤其是产生脱位原子的激活能）
自由能 G2
G1
1
位置
2
1）空位机制 原子跳入相邻空位中—— 实现物质迁移 —— 需要激活能
2）直接换位机制 和 环形换位机制
两个(多个)原子协同跳动——实现物质迁移——激活能高
面心立方晶体的空位扩散机制
环形换位扩散模型
柯肯道尔效应：
扩散偶界面两侧原子互扩散速度不相等 —— 界面迁移
意义：
—— 跃迁距离，
p —— 跃迁几率， Γ—— 跃迁频率
热运动 —— ↑， p↑，Γ↑ —— D ↑
1）间隙机制激活能
激活能Q 体系自由能增加 G 推开两侧原子的能 量E
D D0e
2）空位机制激活能ห้องสมุดไป่ตู้
E RT
Q E跳动 E空位形成能
D D0e
3）比较
E跳动 E空位形成能 RT