固体扩散机制及扩散动力学方程教学课件【精心编辑后首发】

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Http/wWw.wHutedu,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,Http/wWw.wHutedu,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,Http/wWw.wHutedu,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。,Http/wWw.wHutedu,(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,Http/wWw.wHutedu,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;,Http/wWw.wHutedu,第二节固体扩散机构及其动力学方程,2.1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,Http/wWw.wHutedu,晶体中粒子迁移的方式,即扩散机构示意,图。其中:,1.易位扩散:如(a),2环形扩散:如(b)。,3.间隙扩散:如(c),4准间隙扩散:如(d),5空位扩散:如(e),ooooco,Ooo,eoo,8884,oo。oo,图2晶体中的扩散,Http/wWw.wHutedu,讨论,在以上各种扩散中,1.易位扩散所需的活化能最大。,2.由于处于晶格位置的粒子势能最低,在,间隙位置和空位处势能较高(见图):故空,位扩散所需活化能最小.因而空位扩散,是最常见的扩散机理,其次是间隙扩散,和准间隙扩散。,