发布时间 : 星期一 文章上海交大考研材料科学基础总结 - 图文更新完毕开始阅读
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非共格相界：两相在界面处的原子排列相差很大，相界与大角度晶界相似
第4章 固体中原子及分子的运动
4.1表象理论（扩散的宏观规律）
4.1.1菲克第一定律
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4.1.2菲克第二定律 4.1.3 扩散方程的解
1. 两端成分不受扩散影响的扩散偶 2. 一端成分不受扩散影响的扩散体 3衰减薄膜源
4.成分偏析的均匀化
固溶体合金在非平衡凝固条件下，晶内会出现枝晶偏析,由此对合金性能产生不利的影响。通常需通过均匀化扩散退火来削弱这种影响。这种均匀扩散退火过程中组元浓度的变化可用菲克第二定律来描述。
4.1.4置换型固溶体中的扩散 对于置换型溶质原子的扩散，由于溶剂与溶质原子的半径相差不会很大，原子扩散时必须与相邻原子间作置换，且两者可动性大致属于同一数量级，因此，必须考虑溶质和溶剂原子的不同扩散速率。
这种由于Cu、Zn不同的扩散速率导 致钼丝移动的现象叫柯肯达尔效应。 相同的现象也出现在
Ag-Au，Ag-Cu，Au-Ni ，Cu-Al等扩散偶中。
4.1.5扩散系数D与浓度相关时的求解
俣野面：扩散偶中通过它的两组元的反向通量相等(通量等，方向反，净通零)
4.2 扩散的热力学分析
?ln?i?lnriD?kTBi?kTBi(1?)?lnxi?lnxiD?kTBi4.3 扩散的原子理论
4.3.1扩散机制
1.交换机制 2.间隙机制 3.空位机制
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4.晶界扩散及表面扩散
4.3.2 原子跳跃和扩散系数
2
对于间隙型扩散
??U?Q
D?D0exp()?D0exp() kTkT对于置换扩散或自扩散,扩散机制是空位机制,因此还需考虑空位的形成能。
??UV??U
D?D0exp() kT
由此可知：置换扩散除需要原子迁移能外，还比间隙扩散增加了一项空位形成能。
阿累尼乌斯方程：
0
D?Pd?Q??U?QD?Dexp()RT4.4 扩散激活能
通过对阿累尼乌斯方程两边求导，有
QlnD?lnD0?
RT
一般认为D0与Q和温度T无关，因此 lnD与1/T呈线性关系，通过对lnD与1/T 作图如图所示，则图中直线斜率即为－Q/R。
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4.5 无规行走与扩散距离
原子的平均迁移值（扩散距离）还与跳跃次数n的平方根成正比：
Rn2?ntn??t
4.6影响扩散的因素
1.温度
温度是影响扩散速率的主要因素，温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大。 2. 固溶体类型
不同类型的固溶体，原子的扩散机制是不同的。
间隙固溶体中溶质原子的扩散速度要高于置换固溶体中的溶质原子。 3. 晶体结构
晶体结构对扩散的主要体现以下几方面：
溶质在致密度低的晶体中的扩散速率大于致密度高的晶体； 固溶体溶解度大，有利于促进扩散；
晶体的对称性越低，扩散各向异性越显著。 4. 晶体缺陷 晶界、表面和位错等晶体缺陷对扩散起着快速通道的作用，这是由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跃迁，故扩散激活能较小。 5. 化学成分
不同金属的自扩散激活能与熔点、熔化潜热、体积膨胀或压缩系数相关，熔点高的金属自扩散激活能大。
扩散系数与溶质的浓度有关。
第三组元可能提高也可能降低二元合金原子扩散速度，或者几乎无作用，特别应注意第三组元引起的上坡扩散，如下图所示： 6.应力的作用
4.7 反应扩散
反应扩散：通过扩散形成新相的现象
4.8 离子晶体中的扩散
离子扩散只能依靠空位来进行，而且空位的分布也有其特殊性。由于分开一对异类离子将使静电能大大增加，为了保持局部电荷平衡，需要同时形成不同电荷的两种缺陷：肖脱基型空位和弗兰克尔型空位。
肖脱基型空位 ——等量阳离子和阴离子空位的无序分布。
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