晶體缺陷和擴(kuò)散

演講人：常楊

答辯人：盧寶、許丹丹缺陷的擴(kuò)散機(jī)制擴(kuò)散現(xiàn)象和本質(zhì)柯肯達(dá)爾效應(yīng)金屬晶體中原子按一定規(guī)律周期排列，在相鄰兩個(gè)原子間都隔著一個(gè)能壘Q，由于存在能量起伏，總會(huì)有能量高的原子跨越能壘Q，發(fā)生躍遷。擴(kuò)散的本質(zhì)是原子依靠熱運(yùn)動(dòng)從一個(gè)位置遷移到另一個(gè)位置。擴(kuò)散是固體中原子遷移的唯一方式。晶體中的擴(kuò)散---------原子在晶體中的遷移過(guò)程.擴(kuò)散---------晶體中原子無(wú)規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng)熱缺陷的遷移（產(chǎn)生、復(fù)合)實(shí)現(xiàn)借助存在點(diǎn)缺陷晶體中擴(kuò)散的前提條件？外來(lái)雜質(zhì)原子在晶體中的擴(kuò)散基質(zhì)原子在晶體中的擴(kuò)散，即自擴(kuò)散晶體中粒子擴(kuò)散的宏觀規(guī)律

晶體中原子濃度分布不均勻時(shí)，會(huì)發(fā)生高濃度向低濃度的原子擴(kuò)散，直至穩(wěn)定。1、擴(kuò)散第一定律表單位時(shí)間通過(guò)單位面積的擴(kuò)散粒子量擴(kuò)散流密度

D---擴(kuò)散系數(shù)n---擴(kuò)散粒子的濃度設(shè)擴(kuò)散過(guò)程中，系統(tǒng)各點(diǎn)的濃度不隨時(shí)間變化即對(duì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：2、擴(kuò)散第二定律對(duì)非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：設(shè)D是與濃度無(wú)關(guān)的常數(shù)，則表經(jīng)過(guò)t時(shí)間后擴(kuò)散物的分布常用的解形式為：費(fèi)克第一定律：擴(kuò)散連續(xù)方程：實(shí)驗(yàn)測(cè)各層擴(kuò)散濃度擴(kuò)散系數(shù)不同溫度測(cè)R——?dú)怏w常數(shù)，Q——擴(kuò)散激活能常數(shù)，稱頻率因子溫度愈高，擴(kuò)散愈強(qiáng)。

通過(guò)對(duì)各種材料測(cè)量表明：(2)間隙式的原子一般具有較高的擴(kuò)散系數(shù)；(1)擴(kuò)散系數(shù)大小差別主要由擴(kuò)散激活能Q大小決定，

Q越低，擴(kuò)散系數(shù)愈大；晶體中粒子擴(kuò)散的微觀機(jī)制原子擴(kuò)散通過(guò)相鄰原子對(duì)調(diào)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。1、易位機(jī)制——可能性很小直接易位擴(kuò)散模型應(yīng)該指出，環(huán)形換位機(jī)制以及其他擴(kuò)散機(jī)制只有在特定條件下才能發(fā)生，一般情況下它們僅僅是下面講述的間隙擴(kuò)散和空位擴(kuò)散的補(bǔ)充。2、間隙原子機(jī)制間隙原子在不同間隙位置間跳躍，以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散。雜質(zhì)原子在晶體中的擴(kuò)散以此機(jī)制為主。對(duì)間隙原子機(jī)制,擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系的微觀理論原子擴(kuò)散的本質(zhì)——原子作無(wú)規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng)，D值反映原子布朗運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱無(wú)規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散系數(shù)D：據(jù)統(tǒng)計(jì)物理,得布朗運(yùn)動(dòng)的平均平方位移：間隙原子運(yùn)動(dòng)勢(shì)場(chǎng)示意圖

間隙原子依賴熱漲落獲得高于勢(shì)壘高度的能量，實(shí)現(xiàn)跨躍勢(shì)壘。間隙原子運(yùn)動(dòng)勢(shì)場(chǎng)示意圖第二、t時(shí)間內(nèi)，一個(gè)原子總的跳躍次數(shù)N應(yīng)當(dāng)為：（因一個(gè)原子可向左邊，也可向右邊的間隙跳躍）間隙原子的振動(dòng)頻率按玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)，溫度為T,原子具有能量幾率第一、間隙原子依靠熱張落在間隙之間跳躍幾率為：第三、N次連續(xù)跳躍的方式數(shù)目：若設(shè)m次跳躍是向右的，而N-m次是向左的跳躍，則這種情況的不同選法共有種：設(shè)相鄰間隔距離d，則對(duì)屬上述跳躍情況,沿x方向移動(dòng)距離平均平方距離為：計(jì)算平均平方距離實(shí)驗(yàn)結(jié)果理論結(jié)果擴(kuò)散激活能Q表原子跳躍的勢(shì)壘高度.Q愈低,擴(kuò)散系數(shù)D愈大

例如氫、硼、碳、氮等以填隙的方式存在于鐵中，實(shí)驗(yàn)得出在1100時(shí)，它們?cè)?-鐵中的擴(kuò)散系數(shù)如下表。元素?cái)U(kuò)散系數(shù)（米2/秒）氫硼碳氮鐵雜質(zhì)原子擴(kuò)散空位周圍的原子占據(jù)空位，原位置成為新的空位，即通過(guò)空位的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)原子遷移空位3、空位機(jī)制——一般比較容易實(shí)現(xiàn)借助空位擴(kuò)散的原子,僅當(dāng)相鄰格點(diǎn)是空位,才可跳躍表鄰近格點(diǎn)為空位的幾率一定溫度下,平衡時(shí),空位數(shù)目晶體中原子數(shù)（1）空位形成能影響擴(kuò)散系數(shù)因素（2）大，則空位少；勢(shì)壘高度高，則空位移動(dòng)難。對(duì)空位機(jī)制,擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系的微觀理論跳躍率擴(kuò)展缺陷機(jī)制

線缺陷及面缺陷是擴(kuò)展類缺陷，偏離周期性集中于一條或某一平面