热扩散系数2

热扩散系数2 3.2 原子理论 3.2.1 扩散机制 交换机制 两个相邻原子互换位置。a为2个原子直接交换;b为4个原子同时交换即环形交换。无论是a还是b扩散原子是等量互换，不出现 柯肯达尔效应。 1. 间隙机制 原子从晶格中的一个间隙位置迁移到另一个间隙位置。对较小的间隙原子像C、N、H等小溶质原子易以这种方式在晶体中扩散，如 d为间隙扩散。对较大的间隙原子，提出“推填”机制如e，也有人提出“挤列”机制如f。 2. 空位机制 晶体中存在空位，使原子迁移容易，C为空位扩散。柯肯达尔效应支持了空位扩散机制。 3. 晶界扩散及面扩散 多晶体材料，扩散物质可沿三种不同路径进行即晶体内扩散，晶界扩散和样品自由表面扩散，并用D、D、D表示三者的扩散系LBS数，且D< D< D。由于晶界、表面及位错等都可视为晶体中的缺陷，缺陷产生的畸变使原子迁移比完整晶体内容易，导致缺陷中的扩LBS 散速率大于完整晶体内的扩散速率。常把缺陷中的扩散称为“短路”扩散。 3.2.2 扩散系数 对间隙型扩散，其扩散系数为: D,Dexp(,?U/kT), Dexp(,Q/kT) 00 式中:D为扩散常数;?U是间隙扩散时溶质原子跳跃所需额外的热力学内能，等于间隙原子的扩散激活能Q=?U。 间0 对置换型扩散或自扩散，原子迁移主要是通过空位扩散机制。其扩散系数为: D,Dexp{(,?U,?U )/kT}, Dexp(,Q/kT) 0V0 式中:Q,?U，?U，表明置换扩散或自扩散除了需要原子迁移能?U外还比间隙扩散增加了一项空位形成能?U。 置VV 实验表明:Q>Q。 置间 3.2.3 扩散激活能 扩散系数的一般表达式为:D,Dexp(,Q/RT) 0 式中:R为气体常数，T为绝对温度，Q为每摩尔原子激活能。 表明:不同扩散机制的扩散系数的表达式相同，但D和Q值不同。 0 将上式两边取对数有:lnD,lnD,Q/RT 0 由实验值确定lnD与1/T的关系，直线斜率为,Q/R值，纵轴截距为lnD值。 0则:Q,,Rtanα (其中:tanα=ΔlnD/Δ1/T)