扩散(新)剖析.ppt

4.5 扩散的类型 4.5.1 根据扩散过程中是否发生浓度变化分类: 1.自扩散（Self—diffusion） ：纯物质晶体中的扩散。自扩散在扩散过程中不伴有浓度变化的扩散,与浓度梯度（concentration gradientd）（dρ/dx）无关,与热振动有关。自扩散只发生在纯金属和均匀固溶体中。 例如:纯金属晶粒长大过程；均匀溶体的晶粒长大 2.互扩散(异扩散、化学扩散)（mutual/chemical diffusion）：伴有浓度变化的扩散。互扩散与异类原子的浓度差有关,是异类原子的相对扩散、相互渗透。 例如:化学热处理；材料成分均匀化 4.5.2 根据扩散方向是否与浓度梯度（concentration gradient） （dρ/dx）的方向(浓度变化趋势)相同分类 1.下坡扩散(downhill diffusion)：沿浓度降低方向进行的扩散,扩散使浓度趋势与均匀化。 例如:均匀化退火 、化学热处理 2.上坡扩散(uphill diffusion):沿浓度升高方向进行的扩散,扩散使浓度发生两极分化。上坡扩散的一些情况： (1) 弹性应力作用。通过上坡扩散,降低由于弹性变形增加的能量。 (2) 晶界内吸附。降低整个体系自由能。 (3) 化学位不同。这是最主要的因素。 (4) 形成化合物。如Fe3C形成。 (5) 特殊环境,如强大的电场、磁场、温度场作用下,原子按一定方向迁移。 例如:液态合金的共晶转交；固溶体的共析转交；固溶体中新相析出及新相长大。 4.5.3 根据扩散过程中是否出现新相进行分类： 1.原子扩散（atomic diffusion）：扩散时晶格不变,无新相产生。 2.反应扩散(相变扩散)（reaction diffusion）：当某种元素扩散,其浓度超过基体金属的溶解度极限而形成新相的过程。反应扩散生成的新相与原来的基体相之间存在明显的观察面,新相可以是中间相,也可以是固溶体。反应扩散可以参考平衡相图分析形成的新相。 例如：纯铁在520oC氮化时可由Fe—N相图分析形成新相,WN变化,形成新相不同。见图4.17（P141） α相：N在α－ Fe中的间隙固溶体 WN 0.11% γˊ相：以Fe4N为基的固溶体 WN = 5.7～6.1% ε相：ε－FexN x=2～3 WN = 7.8～11.0 % 反应扩散特点：在相界面处产生成分突变,突变的浓度正好对应于相图相的极限浓度。 4.6 离子晶体扩散 离子晶体中扩散离子只能进入具有同样电荷的位置。扩散只能依靠空位来进行,而且空位分布有其特殊性。离子晶体中空位为等量的阳离子和阴离子空位,呈无序分布,通常称为肖脱基空位。 阳离子和阴离子平衡空位分数为式4.51式 间隙阳离子和间隙阴离子的平衡浓度:4.52式 上述两式与第三章3.7式相同。 扩散可以以间隙机制,也可以以空位机制,扩散时扩散系数与电导率有关。 离子扩散时激活能比金属原子扩散的激活能大得多，其扩散速率远小于金属原子的扩散速率。 本章要求的主要内容 1.掌握一些基本概念：扩散定律、扩散系数、纯扩散、化学扩散、上坡扩散、下坡扩散、原子扩散、反应（相变）扩散、自扩散、互（异）扩散、扩散激活能，稳态扩散，非稳态扩散，扩散通量、柯肯达尔效应 2.固态金属中原子扩散的条件 3.扩散定律的内容、适应条件、解及应用 4.扩散系数及其影响因素，扩散驱动力 5.固相中原子扩散的各种机制 6.扩散的分类 * 第四章 固体中原子及分子的运动 概述 扩散(diffusion) 原子或分子的迁移现象称为扩散。扩散的本质是原子依靠热运动从一个位置迁移到另一个位置。扩散是固体中原子迁移的唯一方式。 一、扩散现象和本质 柯肯达尔效应（kirkendall effect） 激活能（activation energy） 跃迁（jump migration） 醉步（Random walk） 二、固态金属扩散的条件 由于固态金属中原子间结合力比气体、液体大得多，其扩散也不易、需具备下列条件才能扩散: 1、温度（T）要足够高。只有T足够高，才能使原子具有足够的激活能，足以克服