材料的扩散与迁移.PDF

第六章第六章 材料的扩散与迁移材料的扩散与迁移 主主 讲讲 人：人： 杨振国杨振国 办办办办 公公公公 室室室室 ：：：： 先进材料楼先进材料楼先进材料楼先进材料楼 407407407407室室室室 电电 话：话： 6564252365642523 电子电子电子电子信箱信箱信箱信箱:::: zgyang@fudanzgyang@fudanzgyang@fudanzgyang@fudan..eduedueduedu..cncncncn 2014年9月 复旦大学材料科学系 1 第六章 固体材料的扩散与迁移 6.1 概况 66.22 扩散现象和扩散方程扩散现象和扩散方程 66.33 扩散的微观机理扩散的微观机理 6.46.4 扩散的驱动力和反应扩散扩散的驱动力和反应扩散 6.5 影响扩散的因素 2014年9月 复旦大学材料科学系 2 6.1 概况 不同状态的物质有不同的运动方式，如气相的对 流流、液相的混合和固相的扩散等液相的混合和固相的扩散等。 ● 扩散（diffusion）是原子在材料内部的一种运动 方式方式，也是固态物质质点运动的唯也是固态物质质点运动的唯一方式方式。 例如例如 ，，金属的回复金属的回复、、再结晶和表面热处理再结晶和表面热处理 ，，陶瓷陶瓷 的烧结和固相反应、半导体材料的掺杂等均与扩散密 切相关切相关。。 实际晶体中，原子是在平衡位置附近作快速的振 0 动动，振幅振幅一般小于般小于00.1A1A 。但是但是 ，如获得如获得一定的能量定的能量， 它可以克服束搏其势垒脱离平衡位置而发生扩散迁移。 扩散将直接影响材料的物理、力学等性能。 2014年9月 复旦大学材料科学系 6.2 扩散现象和扩散方程扩散现象和扩散方程 6.2.1 扩散现象 纯金属中的扩散纯金属中的扩散纯金属中的扩散纯金属中的扩散 ，，若原子是在同类原子中迁移若原子是在同类原子中迁移若原子是在同类原子中迁移若原子是在同类原子中迁移 ，， 则称自扩散。例如，贴在金表面上放射线同位素的金则称自扩散。例如，贴在金表面上放射线同位素的金 箔原子进入晶格内箔原子进入晶格内箔原子进入晶格内箔原子进入晶格内 ，，，，就属于自扩散就属于自扩散就属于自扩散就属于自扩散。。 间隙固溶体因浓度梯度的存在，溶质原子在溶剂间隙固溶体因浓度梯度的存在，溶质原子在溶剂 晶格中扩散以保持浓度的均匀性晶格中扩散以保持浓度的均匀性晶格中扩散以保持浓度的均匀性晶格中扩散以保持浓度的均匀性，，，，这种扩散称为间隙这种扩散称为间隙这种扩散称为间隙这种扩散称为间隙 扩散，如碳原子在扩散，如碳原子在FCCFCC型奥氏体相中的扩散。型奥氏体相中的扩散。 置换固溶体中存在浓度梯度时置换固溶体中存在浓度梯度时置换固溶体中存在浓度梯度时置换固溶体中存在浓度梯度时 ，，，，将发生溶质原子将发生溶质原子将发生溶质原子将发生溶质原子 与溶剂原子间的互扩散。与溶剂原子间的互扩散。 ●● 扩散的本质是材料在扩散的本质是材料在一定温度下有定温度下有一定数量的空定数量的空 位。这些热缺陷会运动、生成和复合，从而影响材料 的性能的性能。 2014年9月 复旦大学材料科学系 4 6.2.2 扩散定律－菲克定律 扩散是由热运动引起物质的传递现象扩散是由热运动引起物质的传递现象。 如果固溶体中存在浓度梯度或化学位梯度，如图如果固溶体中存在浓度梯度或化学位梯度，如图 66--11所示，所示，dCdC//dxdx0, 0, 将发生介质使梯度趋向于均匀将发生介质使梯度趋向于均匀