材料科学导论-第六章 扩散

1、6.1 固体中的扩散系数固体中的扩散系数6.2 固体中的原子扩散固体中的原子扩散6.3 扩散过程在生产中的应用扩散过程在生产中的应用第六章第六章 扩扩 散散第六章第六章 扩扩 散散在金属和合金的晶体中：在金属和合金的晶体中：原子原子原子位置转移原子位置转移热运动热运动原子原子物质（不止一个原物质（不止一个原子）宏观流动，即子）宏观流动，即扩散扩散热运动热运动浓度梯度，或浓度梯度，或化学位梯度化学位梯度扩散本质：一种物质的输送过程，类似于热扩散本质：一种物质的输送过程，类似于热的传导，电的传导。的传导，电的传导。原子或离子迁移的微观过程以及由此引起的宏观现象。原子或离子迁移的微观过程以及由此引起

2、的宏观现象。 半导体掺杂半导体掺杂固溶体的形成固溶体的形成离子晶体的导电离子晶体的导电固相反应固相反应相变相变烧结烧结材料表面处理材料表面处理 扩扩 散散扩散现象扩散现象(diffusion)6.1 6.1 固体中的扩散速率固体中的扩散速率 原子要在固体中扩散，扩散原子要在固体中扩散，扩散原子应当具有足够的能量来克服原子应当具有足够的能量来克服激活能垒从而能宏观流动，激活能垒从而能宏观流动，进行进行固态下的反应，固态下的反应，其中包括其中包括原子原子自发地重新排列形成新的自发地重新排列形成新的,更稳定的结构。更稳定的结构。 激活能激活能：原子应当具有足够的能量来克服激活能：原子应当具有足够的能

3、量来克服激活能垒垒,所需的所需的超过原子平均能量的附加能量超过原子平均能量的附加能量称为激活能，称为激活能，单位为单位为J/mol。E*ErEP反应物反应物产物产物激活能激活能反应时释反应时释放的能量放的能量图图6.1 热激活固态反应的激活能示意图热激活固态反应的激活能示意图*EEr：反应物的能量：反应物的能量E*：激活能：激活能Ep：产物的能量：产物的能量一、基本概念一、基本概念 在任一温度下，系统中只有在任一温度下，系统中只有一小部分一小部分原子的能量会达到原子的能量会达到E*的水平。随着系统温度的升高，越来越多的原子的能量的水平。随着系统温度的升高，越来越多的原子的能量会达到激活能水平。

4、会达到激活能水平。例例1.温度对气体分子能量增加的影响。温度对气体分子能量增加的影响。T(K)时，系统原子的平均能量为时，系统原子的平均能量为E，能量为能量为E*(E*E)的原子出现的几率为的原子出现的几率为几率几率expexp（- -（E E* *-E)/KT)-E)/KT)1、K=1.3810-23 J/K；2、当、当E*远大于远大于E，大于，大于E*的原子数分数可表示为的原子数分数可表示为n/N =Cexpn/N =Cexp（-E-E* */KT)/KT)说明：说明：例例2. 瑞典化学家瑞典化学家Arrhenius 研究温度对反应中研究温度对反应中扩散速率的影响。扩散速率的影响。反应（扩

5、散）速率反应（扩散）速率=Cexp(E*/RT)E* 为激活能（为激活能（J/mol）R摩尔气体常量，摩尔气体常量，R=8.321 J/(molK)C为与温度无关的速率常数为与温度无关的速率常数Ln（扩散速率）（扩散速率）=常数常数 E*/RTLog（扩散速率）（扩散速率）=常数常数 E*/2.303RT写成对数形式写成对数形式激活能从直线的斜率激活能从直线的斜率E*/R计算出计算出 在许多情况下，原子间的反应速率取决于参与在许多情况下，原子间的反应速率取决于参与反应的原子中激活能等于或大于反应的原子中激活能等于或大于E*原子数目。原子数目。二、扩散速率二、扩散速率6.2 固体中的原子扩散固体

6、中的原子扩散1、空位机制、空位机制一、扩散机制：一、扩散机制：空位机制空位机制 间隙机制间隙机制 空位是金属及合金中的平衡缺陷，纯金属中的自扩散和空位是金属及合金中的平衡缺陷，纯金属中的自扩散和置换固溶体中的扩散就是通过原子与空位交换位置实现的。置换固溶体中的扩散就是通过原子与空位交换位置实现的。图图6.2 空位扩散示意图空位扩散示意图空位扩散条件：空位扩散条件：1、扩散原子近邻应当有空位；、扩散原子近邻应当有空位；2、空位周围原子具有激活能。、空位周围原子具有激活能。注意注意：随着金属熔点的提高，激活能也提高，金属的熔点：随着金属熔点的提高，激活能也提高，金属的熔点越高，其原子间的结合能也越

7、强越高，其原子间的结合能也越强2、间隙机制、间隙机制 在间隙固溶体当中，溶质原子从一个间隙位置在间隙固溶体当中，溶质原子从一个间隙位置跳到另一个间隙位置的扩散，即间隙扩散。跳到另一个间隙位置的扩散，即间隙扩散。 如：碳在如：碳在铁或铁或铁中进行扩散的过程。铁中进行扩散的过程。图图6.3 间隙扩散机制示意图间隙扩散机制示意图两种机制比较：两种机制比较：1、空位扩散激活能大于间隙扩散激活能；、空位扩散激活能大于间隙扩散激活能；2、空位扩散激活能还与原子尺寸的差别及原子、空位扩散激活能还与原子尺寸的差别及原子间结合能的差别有关。间结合能的差别有关。二、稳态扩散二、稳态扩散研究对象研究对象： 溶质原子

8、沿溶质原子沿x方向在相距（方向在相距（x2x1）的）的两平行原子面之间的扩散情况。两平行原子面之间的扩散情况。稳态扩散：稳态扩散：经过一段时间后，经过一段时间后， x2和和x1之间各处的之间各处的溶质原子浓度不再随时间变化，这种扩散称为溶质原子浓度不再随时间变化，这种扩散称为稳态稳态扩散。扩散。假设：以简立方为例，假设：以简立方为例，溶质与溶剂原子之间无化学反应。溶质与溶剂原子之间无化学反应。c：每单位体积的原子数：每单位体积的原子数a：每个原子面中，原子每次跳动距离：每个原子面中，原子每次跳动距离：溶质原子每秒平均跳动次数：溶质原子每秒平均跳动次数则单位面积上溶质原子数为则单位面积上溶质原子

9、数为 c （1 a）ca 从平面从平面i到（到（i1）：每秒穿过单位面积的溶质原子数为）：每秒穿过单位面积的溶质原子数为cia/6 从平面（从平面（i1）到）到i：每秒穿过单位面积的溶质原子数为：每秒穿过单位面积的溶质原子数为 ci1a/6单位时间单位时间内通过内通过单位面积单位面积参考面的量为：参考面的量为：)ca61J1iic（两个浓度关系也可以表示为：两个浓度关系也可以表示为：1c() xiidccddx且且adx ）（3）（2）（1由以上由以上3式可知：式可知：dxdca61J2）（4dxdca61J2）（4dxdcDJ第一定律ickF2a61D令令则有则有说明：说明：2-122L T

10、m /scm / s量纲为，常用单位是或；1D（）为扩散系数，表示浓度梯度为1时，在单位时间内通过单位面积扩散物质的量度方向相反；向与浓”表示原子扩散流动方）“（2;TMLJ3-1-2为扩散流量，量纲为）（的扩散；用于其他固溶体扩散推导得来，同样适构晶体的第一定律由简单立方结）（ickF4(5) 在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质量（通称扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比例例1：若体心立方和面心立方结构的点阵常数为：若体心立方和面心立方结构的点阵常数为a，则相邻两原子面间距为则相邻两原子面间距为a/2，每次跳动原子移动，每次跳动原子移动的距离对于体心立方为的

11、距离对于体心立方为 ，对于面心立方，对于面心立方为为 ，但它们有效跳动距离均为，但它们有效跳动距离均为a/2，而有，而有效跳动几率对于体心立方为效跳动几率对于体心立方为4/8，对于面心立方，对于面心立方为为4/12。采用上述方法可以求出。采用上述方法可以求出Fick第一定律，第一定律，并求出扩散系数并求出扩散系数D。2a32a22a812a2a84D）（）（）（）（体心立方结构：2a1212a2a124D）（）（）（）（面心立方结构：解：解：三、非稳态扩散三、非稳态扩散0dtdcFick第一定律第一定律：与时间无关，与时间无关，稳定稳定扩散扩散0dtdc与时间有关，与时间有关，非稳定非稳定扩散

12、扩散Fick第二定律第二定律：Fick第二定律的推导第二定律的推导 例：有一存在浓度梯度的棒例：有一存在浓度梯度的棒 其长度以其长度以x表示，与表示，与x点相对点相对应的点的浓度为应的点的浓度为c，当，当x点增大点增大到到x+dx，其对应的浓度增大，其对应的浓度增大为为c+dc，这时有，这时有0dxdc 溶质原子沿溶质原子沿x轴负向流动，轴负向流动，流入流入dx的扩散流量为的扩散流量为Jx+dx，流出为流出为JxdxJJtcdxxx）（5xxdxdcDJ）（由由Fick第一定律有：第一定律有：）（6dxxcDxJdxxJJJxxxxdxx）（）（）（7由（由（5）（）（6）、（）、（7）得）得

13、22xcDtc）（8Fick第二定律：第二定律：22xcDtc说明：说明：（1）三维方向存在浓度梯度）三维方向存在浓度梯度（a）假设各方向的）假设各方向的D扩散系数相等扩散系数相等cDzcycxcD2222222)(tc拉普拉斯算符2222222zcycxc（b）若各方向的）若各方向的D扩散系数不相等扩散系数不相等22z22y22DDDtczcycxcx（C) 扩散物质浓度随时间的变化速率等于扩扩散物质浓度随时间的变化速率等于扩散通量随位置的变化率。散通量随位置的变化率。（2）气体进入固体的扩散过程，）气体进入固体的扩散过程，Fick第二定律第二定律有特解。有特解。）（Dt2xerfcccc0

14、sxsCs为气体元素在表面的浓度；为气体元素在表面的浓度；C0为固体的原始浓度；为固体的原始浓度；Cx为时间为时间t时，距表面时，距表面x处的处的元素浓度。元素浓度。四、柯肯达尔效应四、柯肯达尔效应 Smigelskas和和Kirkendall 于于1946年以实验证明，年以实验证明，在置换式铜在置换式铜锌合金中，发现锌的扩散速率比铜大。锌合金中，发现锌的扩散速率比铜大。图6.7 柯肯达尔效应样品实验条件：实验条件：（1）长方形黄铜，细钼丝，黄铜表面镀铜：这样钼丝包于黄铜与铜的分界面处；（2）785 下保温，锌和铜发生互扩散，铜向内，锌向外；（3）实验现象：两层钼丝都向内移动，在黄铜上留有一些

15、小洞。表表6.3 保温时间和钼丝的位移保温时间和钼丝的位移1、Kirkendall效应实验效应实验分析：分析：（1）在铜中渗锌可使点阵常数增大，在黄铜中渗铜使点阵常数减小，这些都使钼丝内移；疑问：仅是由点阵常数引起？疑问：仅是由点阵常数引起？若是，移动距离应只有观察值若是，移动距离应只有观察值1/10（2）可由实验断定，锌的扩散流要比铜的扩散流大得多，且是钼丝移动的主要原因；（3） 还发现标志面移动的距离与时间的平方根成正比。（4） 还有很多金属扩散对，存在柯肯达尔效应。如：ZnCuDD等。AuNiCoNiAuCuNiCu,2、二元合金扩散系数推导组元组元A：组元组元B：ADBDvcxCDJA

16、AAA实验测得的是综合扩散系数实验测得的是综合扩散系数D假设：设系统假设：设系统X处的组成原子相对于点阵坐标以速度处的组成原子相对于点阵坐标以速度V移移动，则可求出通过固定于动，则可求出通过固定于x处且垂直于处且垂直于x轴的平面的扩散轴的平面的扩散流。流。vcxCDJBBBB）（9）（10)(vcxCDxxJtcAAAAA)(vcxCDxxJtcBBBBBtccBA)(tc)(cvxcDxcDxBBAA0常数cvxcDxcDBBAA则有则有将式将式 （11）、（）、（12）相加，又因为）相加，又因为 ，故，故cccBA扩散区域比样品小得多，距分界面较远处可应用边界条件扩散区域比样品小得多，距分

17、界面较远处可应用边界条件0, 0 xcxcvBA则有则有0cvxcDxcDBBAA）（11）（12）（13）（14）（15xDDABA)(ccAAcxcDDABA1)(vcxcDxcDBBAA1)(式（式（15）可化为：）可化为：（其中（其中 ）又因：又因：xcxcBA即即）（16vxDDABA)(）（17)(vcxCDxxJtcAAAAA)(xDDcxCDxABAAAA)(xDcDcxAABBA)(xcDDxAABBA)xc(Dtcx与与Fick第二定律进行第二定律进行比较比较ABBADDD综合扩散系数综合扩散系数式（式（17）代入式（）代入式（11）：）：1)(xccDcDcxAABBA）

18、（18根据实验，移动界面与时间关系为根据实验，移动界面与时间关系为tbl dtdlv 界面移动速率界面移动速率tl2说明：说明：（1）D为互扩散系数，也是综合扩散系数，不代表一种为互扩散系数，也是综合扩散系数，不代表一种原子的扩散系数；原子的扩散系数；（2）推导）推导D时，假设晶体中点阵常数不变，各点密度不时，假设晶体中点阵常数不变，各点密度不变，横截面的面积不变。实际情况跟这些假设不完全相变，横截面的面积不变。实际情况跟这些假设不完全相同的，扩散过程中浓度要变化，点阵常数也要变化；同的，扩散过程中浓度要变化，点阵常数也要变化；）（19）（20（3）Kirkendall宏观效应可以推论微观的扩

19、散机制，宏观效应可以推论微观的扩散机制，也就是扩散原子与空位换位的机制。也就是扩散原子与空位换位的机制。例：例：Ni-Cu金属金属图图6.9扩散后界面的变换扩散后界面的变换分析：分析：1 1）低熔点一边形成空位，总数超过平衡浓度，）低熔点一边形成空位，总数超过平衡浓度，另一边空位浓度低于平衡空位浓度，导致点阵另一边空位浓度低于平衡空位浓度，导致点阵常数变化，晶体密度变化。常数变化，晶体密度变化。2 2）在原始分界面附近）在原始分界面附近CuCu的横截面由于丧失原的横截面由于丧失原子而缩小，子而缩小，NiNi的横截面由于得到原子而膨胀的横截面由于得到原子而膨胀3 3）KirkendallKirk

20、endall效应说明存在一个净的空位流，效应说明存在一个净的空位流，与原子扩散流的方向相反，其流动方向与界面与原子扩散流的方向相反，其流动方向与界面的移动方向一致。的移动方向一致。4 4）扩散机制要求产生空位的源，又要求有吸）扩散机制要求产生空位的源，又要求有吸收空位的可能，晶体内部位错提供空位源，原收空位的可能，晶体内部位错提供空位源，原子与空位交换位置导致空位的流动。子与空位交换位置导致空位的流动。五、扩散现象的一些实验规律五、扩散现象的一些实验规律 扩散过程中的扩散系数扩散过程中的扩散系数D，它是晶体结构、原子，它是晶体结构、原子尺寸、合金成分与温度等的函数。当这些内部条件尺寸、合金成分

21、与温度等的函数。当这些内部条件和外部条件都固定时，扩散系数和外部条件都固定时，扩散系数D才是一个确定的才是一个确定的常数；而当这些条件发生变化时，扩散系数常数；而当这些条件发生变化时，扩散系数D也会也会发生改变。发生改变。 1 1、晶体结构及原子尺寸对扩散的影响、晶体结构及原子尺寸对扩散的影响 扩散时原子要发生移动就必需克服周围原子对它的作用扩散时原子要发生移动就必需克服周围原子对它的作用力。原子排列越紧密，原子间的结合力越强，扩散激活能力。原子排列越紧密，原子间的结合力越强，扩散激活能越大，而扩散系数越大，而扩散系数D越小。金属的熔点高低和融化时潜热越小。金属的熔点高低和融化时潜热的大小都反

22、映了金属内部原子间作用力的大小，也反映了的大小都反映了金属内部原子间作用力的大小，也反映了激活能的高低。激活能的高低。与晶体结构类型有关，如与晶体结构类型有关，如-Fe-Fe较较-Fe-Fe原子排列紧密原子排列紧密 在二元合金中，间隙原子通常存在间隙位置，其激活能值在二元合金中，间隙原子通常存在间隙位置，其激活能值一般低于置换原子的激活能值。一般低于置换原子的激活能值。2、扩散系数和温度的关系、扩散系数和温度的关系 由于扩散涉及到原子的运动，可以预期，提高系统由于扩散涉及到原子的运动，可以预期，提高系统的温度会增加扩散速率。的温度会增加扩散速率。 许多扩散系统的扩散速率与温度的关系用许多扩散系

23、统的扩散速率与温度的关系用Arrhenius方程来表示，即方程来表示，即D扩散系数（扩散系数（m2/s），）， D0扩散常数（扩散常数（m2/s）E*：扩散物质的激活能（：扩散物质的激活能（J/mol） R摩尔气体常数，摩尔气体常数，R=8.314J/molT为热力学温度（为热力学温度（K)例，例，c c在在-Fe-Fe中扩散时，中扩散时，D D0 0=2.0=2.0* *1010-5-5m m2 2/s/s，E E* *=140kJ/mol=140kJ/mol，求求927927时的扩散系数值，得到时的扩散系数值，得到D=1.32D=1.32* *1010-11-11m m2 2/S/S扩散系

24、数随温度的升高而急剧增加。扩散系数随温度的升高而急剧增加。3、扩散系数和浓度的关系、扩散系数和浓度的关系 假定扩散系数与浓度无关是有误差的。扩散系数随浓度的假定扩散系数与浓度无关是有误差的。扩散系数随浓度的变化是很大的。变化是很大的。 如果扩散发生在较小的浓度范围内或稀固溶体中，所引起如果扩散发生在较小的浓度范围内或稀固溶体中，所引起的误差也是不大的。的误差也是不大的。 一般来说，扩散系数一般来说，扩散系数D D随着低熔点组元浓度的增加而增加，随着低熔点组元浓度的增加而增加，由于低熔点组元浓度的增加降低了扩散激活能由于低熔点组元浓度的增加降低了扩散激活能E E* *, ,使扩散使扩散系数增大。

25、系数增大。4、稀固溶体的扩散、稀固溶体的扩散 溶剂中含有少量杂质时形成稀固溶体。当浓度趋近于零溶剂中含有少量杂质时形成稀固溶体。当浓度趋近于零时，扩散系数时，扩散系数D D接近自扩散系数。若在溶剂晶体中含有微量接近自扩散系数。若在溶剂晶体中含有微量杂质，此时溶剂的自扩散系数会发生显著的改变，而杂质杂质，此时溶剂的自扩散系数会发生显著的改变，而杂质在溶剂中的扩散系数既和本身为纯金属时不同，也和溶剂在溶剂中的扩散系数既和本身为纯金属时不同，也和溶剂的不同。的不同。例：例：1000K时，纯时，纯Ag的自扩散系数为的自扩散系数为1.1*10-14cm2/s。（1）若）若Ag中溶有中溶有0.7%原子原子

26、Pb，则，则Ag的扩散系数将增的扩散系数将增加加1.6倍；倍；（2）若）若Ag中含有中含有0.5%原子原子Pb，则，则Pb在在Ag中的扩散系中的扩散系数变为数变为1.58*10-13cm2/s；（3）若）若Ag中含有中含有9.8%原子原子Pd，则，则Ag的自扩散系数将的自扩散系数将为原来的为原来的0.37倍，而不是增加。倍，而不是增加。对于对于稀的置换固溶体稀的置换固溶体根据空位扩散机制从以下三方面根据空位扩散机制从以下三方面分析：分析：（1 1）杂质的溶入，改变了溶剂的点阵常数，因而改）杂质的溶入，改变了溶剂的点阵常数，因而改变了原子间作用力和扩散激活能；变了原子间作用力和扩散激活能；（2

27、2）杂质的存在，改变了空位的浓度，影响了溶剂）杂质的存在，改变了空位的浓度，影响了溶剂元素的扩散系数；元素的扩散系数；（3 3）由于短程交互作用改变了杂质近邻原子的跃迁）由于短程交互作用改变了杂质近邻原子的跃迁几率。几率。例：进一步研究微量杂质作为第三组元对二元合金组例：进一步研究微量杂质作为第三组元对二元合金组元扩散的影响，发现：元扩散的影响，发现：（1）在钢中加入）在钢中加入4%的钴，可以使碳在奥氏体中的的钴，可以使碳在奥氏体中的D增加增加1倍；倍；（2）加入）加入3%的钼或的钼或1%的钨，则碳的扩散系数减少一半；的钨，则碳的扩散系数减少一半；（3）加入锰则对碳的扩散系数几乎没有影响。）加

28、入锰则对碳的扩散系数几乎没有影响。 不难看出，若加入元素与碳的亲和力强，则该元素可以阻止碳的扩不难看出，若加入元素与碳的亲和力强，则该元素可以阻止碳的扩散，增加碳原子扩散激活能；有些元素与碳的亲和力弱，即为不形成散，增加碳原子扩散激活能；有些元素与碳的亲和力弱，即为不形成碳化物的元素，它的溶入会使溶剂的晶格产生较大的畸变，因而使溶碳化物的元素，它的溶入会使溶剂的晶格产生较大的畸变，因而使溶剂元素的晶格畸变能增加，这相当于减少了扩散激活能，加速碳的扩剂元素的晶格畸变能增加，这相当于减少了扩散激活能，加速碳的扩散。散。 另外，在有些情况下，由于第三组元的加入，使固溶体的晶粒细化，另外，在有些情况下

29、，由于第三组元的加入，使固溶体的晶粒细化，这样也加速了扩散的进行，增加了这样也加速了扩散的进行，增加了”短路短路“扩散的通道。扩散的通道。5、扩散系数的各向异性、扩散系数的各向异性 扩散是原子在晶体中的跃迁过程。对称性低的金属，扩散是原子在晶体中的跃迁过程。对称性低的金属，由于其各个方向的原子间距和结合键不一样，因而扩散由于其各个方向的原子间距和结合键不一样，因而扩散系数存在各向异性。系数存在各向异性。例：Zn是密排六方结构，380时，a=0.267nm，c/a=1.89。 垂直于基面方向的自扩散比平行于基面方向的难一些，两个方向的激活能分别为101.7kJ/mol及91.3KJ/mol； 对

30、称性很差的Bi，在不同方向的扩散系数可差1000倍； 对称性高的Fe却没有扩散系数的各向异性。6、“短路短路”扩散扩散 例：实验事实，例：实验事实，Zn在多晶黄铜中的扩散比在单晶黄铜中进行的快得多。在多晶黄铜中的扩散比在单晶黄铜中进行的快得多。 700时，时，Zn在单晶黄铜中的扩散系数在单晶黄铜中的扩散系数D=7*10-13cm2/s，而在晶粒平，而在晶粒平均尺寸等于均尺寸等于0.13nm的多晶样品中，的多晶样品中，Zn的扩散系数的扩散系数D=2.7*10-11cm2/s,大大致增加了致增加了40倍。倍。图图6.12 锌在黄铜中扩散锌在黄铜中扩散 单晶体单晶体和和多晶体多晶体中扩散速度的差异是

31、由于中扩散速度的差异是由于沿晶界的扩散比通过沿晶界的扩散比通过晶粒内部的扩散晶粒内部的扩散更快所引起的更快所引起的例：钍在钨中的体积扩散系数，晶界扩散系数和表面扩散系数分别为例：钍在钨中的体积扩散系数，晶界扩散系数和表面扩散系数分别为D表D界D体图图6.14（a）钍在钨中的扩散）钍在钨中的扩散 主要是由扩散激活能不同引起的。由于晶界和金属表面的点阵发生强烈主要是由扩散激活能不同引起的。由于晶界和金属表面的点阵发生强烈的畸变，故扩散激活能小，扩散系数大，并随温度的升高而加大，在高温时的畸变，故扩散激活能小，扩散系数大，并随温度的升高而加大，在高温时二者之差比低温时二者之差小，说明在低温时晶界扩散

32、更为重要。二者之差比低温时二者之差小，说明在低温时晶界扩散更为重要。图图6.14（b）银的自扩散系数）银的自扩散系数 必须要考虑在一半金属的横截面中进行的晶界扩散只占很小的一部分，必须要考虑在一半金属的横截面中进行的晶界扩散只占很小的一部分，也就是只有也就是只有10-5为晶界扩散，所以只有晶界扩散系数与体积扩散系数的比为晶界扩散，所以只有晶界扩散系数与体积扩散系数的比值达到值达到105，物质沿着晶界的输送量才可以与晶内扩散的量进行比较。在，物质沿着晶界的输送量才可以与晶内扩散的量进行比较。在高温时，其比值小于高温时，其比值小于105。 随着温度的降低，由随着温度的降低，由E*值决定的体积扩散值

33、决定的体积扩散LnD-1/T直线的斜率比晶直线的斜率比晶界扩散直线的斜率大，也就是体积扩散的扩散系数下降较晶界扩散为快，界扩散直线的斜率大，也就是体积扩散的扩散系数下降较晶界扩散为快，扩散系数比值随温度下降越来越大，晶界扩散的影响越明显。扩散系数比值随温度下降越来越大，晶界扩散的影响越明显。例：银的自扩散例：银的自扩散 实际晶体中存在位错管道，也是原子的渠道，特别是在低实际晶体中存在位错管道，也是原子的渠道，特别是在低温下，当体积扩散与晶界扩散都不明显时，物质却能通过位错温下，当体积扩散与晶界扩散都不明显时，物质却能通过位错管道输送管道输送 因此，表面扩散，晶界扩散，位错扩散都属于短路扩散。因此，表面扩散，晶界扩散，位错扩散都属于短路扩散。7 7、上坡扩散、上坡扩散 物质一般是从高浓度区向低浓度区扩散，是正常现象。物质一般是从高浓度区向低浓度区扩散，是正常现象。由于合金元素影响了由于合金元素影响了C C的活泼程度，当合金元素含量不同时，的活泼程度，当合金元素含量不同时，便会出现异常扩散现象。异常扩散是由低浓度处向高浓度处便会出现异常扩散现象。异常扩散是由低浓度处向高浓度处进行的，如固溶体中某些偏聚或调幅分解，这种扩散被称为进行的，如固溶体中某些偏聚或调幅分解，这种扩散被称为“上坡扩散上坡扩散”。 “上坡扩散上坡扩散”本质本质: :组元从高化学位处向低