影響擴散系數(shù)的因素課件

第五節(jié)影響擴散系數(shù)的因素擴散是一個基本的動力學過程，對材料制備、加工中的性能變化及顯微結構形成以及材料使用過程中性能衰減起著決定性的作用，對相應過程的控制，往往從影響擴散速度的因素入手來控制，因此，掌握影響擴散的因素對深入理解擴散理論以及應用擴散理論解決實際問題具有重要意義。第五節(jié)影響擴散系數(shù)的因素擴散是一個基本的動力1擴散系數(shù)是決定擴散速度的重要參量。討論影響擴散系數(shù)因素的基礎?；谙率綇臄?shù)學關系上看，擴散系數(shù)主要決定于溫度，顯于函數(shù)關系中，其他一些因素則隱含于D0和Q中。這些因素可分為外在因素和內在因素兩大類。擴散系數(shù)是決定擴散速度的重要參量。討論影響擴散2一、擴散介質結構的影響

通常，擴散介質結構越緊密，擴散越困難，反之亦然。

例如在一定溫度下，鋅在具有體心立方點陣結構(單位晶胞中含2個原子)的β-黃銅中的擴散系數(shù)大于具有在面心立方點陣結構(單位晶胞中含4個原子)時α-黃銅中的擴散系數(shù)。對于形成固溶體系統(tǒng)，則固溶體結構類型對擴散有著顯著影響。例如，間隙型固溶體比置換型容易擴散。一、擴散介質結構的影響

通常，擴散介質結構越緊密，擴3二、擴散相與擴散介質的性質差異

一般說來，擴散相與擴散介質性質差異越大,擴散系數(shù)也越大。

這是因為當擴散介質原子附近的應力場發(fā)生畸變時，就較易形成空位和降低擴散活化能而有利于擴散。故擴散原子與介質原子間性質差異越大，引起應力場的畸變也愈烈，擴散系數(shù)也就愈大。二、擴散相與擴散介質的性質差異

一般說來，擴散相與擴4表1若干金屬在鉛中的擴散系數(shù)表1若干金屬在鉛中的擴散系數(shù)5三、結構缺陷的影響

實驗表明，在金屬材料和離子晶體中，原子或離子在晶界上擴散遠比在晶粒內部擴散來得快。有實驗表明，，其些氧化物晶體材料的晶界對離子的擴散有選擇性的增加作用，例如在．Fe2O3，、CoO、SrTiO3，材料中晶界或位錯有增加O2-離子的擴散作用，而在BeO、UO2、Cu2O和(Zr，Ca)O2等材料中則無此效應。三、結構缺陷的影響

實驗表明，在金屬材料和離子晶體中6圖13Ag的自擴散系數(shù)Db，晶界擴散系數(shù)Dg和表面擴散系數(shù)Ds0.40.81.21.62.02.43.0DsDgDg圖13Ag的自擴散系數(shù)Db，晶界擴散系數(shù)Dg和表面擴散系7四、溫度與雜質的影響

圖14給出了一些常見氧化物中參與構成氧化物的陽離子或陰離子的擴散系數(shù)隨溫度的變化關系。

應該指出，對于大多數(shù)實用晶體材料，由于其或多或少地含有一定量的雜質以及具有一定的熱歷史，因而溫度對其擴散系數(shù)的影響往往不完全象圖所示的那樣，1nD～1／T間均成直線關系，而可能出現(xiàn)曲線或者不同溫度區(qū)間出現(xiàn)不同斜率的直線段。這一差別主要是由于活化能隨溫度變化所引起的。

四、溫度與雜質的影響

圖14給出了一些常見氧化物中參8圖14擴散系數(shù)與溫度的關系圖14擴散系數(shù)與溫度的關系9圖15硅酸鹽中陽離子的擴散系數(shù)NaCaSi0.51.01.510-510-610-710-810-910-10D(cm2/s-1)1000/T(k-1)圖15硅酸鹽中陽離子的擴散系數(shù)NaCaSi0.510利用雜質對擴散的影響是人們改善擴散的主要途徑。一般而言，高價陽離子的引入可造成晶格中出現(xiàn)陽離子空位和造成晶格畸變，從而使陽離子擴散系數(shù)增大。且當雜質含量增加，非本征擴散與本征擴散溫度轉折點升高.

反之，若雜質原子與結構中部分空位發(fā)生締合，往往會使結構中總空位增加而有利于擴散。利用雜質對擴散的影響是人們改善擴散的主要途徑。一般11擴散是物質內質點運動的基本方式，當溫度高于絕對零度時，任何物系內的質點都在作熱運動。當物質內有梯度(化學位、濃度、應力梯度等)存在時，由于熱運動而觸發(fā)(導致)的質點定向遷移即所謂的擴散。因此，擴散是一種傳質過程，宏觀上表現(xiàn)出物質的定向遷移。在氣體和液體中，物質的傳遞方式除擴散外還可以通過對流等方式進行；在固體中，擴散往