第六章固体中的扩散

1、1第一节第一节 绪言绪言第二节第二节 固体中的扩散机理固体中的扩散机理第三节第三节 扩散定律扩散定律第四节第四节 互扩散与相关系数互扩散与相关系数第五节第五节 离子晶体中的扩散离子晶体中的扩散第六节第六节 短程扩散短程扩散第七节第七节 扩散系数的实验测定扩散系数的实验测定2扩散现象扩散现象是由于物质中存在是由于物质中存在、和和所引起的所引起的杂质原子杂质原子、基基质原子质原子或或缺陷缺陷的的。 一、扩散一、扩散3从热力学的角度看，只有从热力学的角度看，只有才才没有扩散。没有扩散。通常情况下，对于任何物质来说，不论是通常情况下，对于任何物质来说，不论是处于哪种聚集态，均能观察到扩散现象：处于哪种

2、聚集态，均能观察到扩散现象：如如和液体中的和液体中的 都是明显的扩散现象。都是明显的扩散现象。4 在固体中，也会发生在固体中，也会发生和和的的过程。但是，固体中原子的扩散要比气体或液体中过程。但是，固体中原子的扩散要比气体或液体中慢得多。这主要是由于固体中原子之间慢得多。这主要是由于固体中原子之间和和的原故。的原故。 尽管如此，只要固体中的原子或离子分布不均尽管如此，只要固体中的原子或离子分布不均匀，存在着浓度梯度，就会产生匀，存在着浓度梯度，就会产生 的定向扩散。的定向扩散。5 1 1、由于、由于的存在，晶体中的某些原子的存在，晶体中的某些原子或离子或离子而脱离格点，从而进而脱离格点，从而进

3、入晶格中的入晶格中的，同时在晶体，同时在晶体内部留下空位。内部留下空位。 62 2、这些处于间隙位置上的原子或原格点上、这些处于间隙位置上的原子或原格点上留下来的空位，可以留下来的空位，可以重新获取重新获取能量，从而在晶体结构中能量，从而在晶体结构中而出现而出现由一处向另一处的无规则迁移运动。由一处向另一处的无规则迁移运动。7在固体器件的制作过程中，利用扩散作用，在固体器件的制作过程中，利用扩散作用，并不需要将晶体熔融，便可以把某种过量的组并不需要将晶体熔融，便可以把某种过量的组分掺到晶体中去，或者在晶体表面生长另一种分掺到晶体中去，或者在晶体表面生长另一种晶体。晶体。81、是、是，即对扩散的

4、，即对扩散的的研究，如对物质的流动和浓度的变化进的研究，如对物质的流动和浓度的变化进行实验的测定和理论分析，利用所得到的行实验的测定和理论分析，利用所得到的的经验和表象的规律，定量地讨论固相反的经验和表象的规律，定量地讨论固相反应的过程；应的过程；92、是、是，把扩散与，把扩散与晶体内晶体内联系起来，建立某些联系起来，建立某些扩散机理的模型。扩散机理的模型。1011质点的迁移完全、质点的迁移完全、随机地朝三维空间的任随机地朝三维空间的任意方向发生，每一步迁意方向发生，每一步迁移的自由行程也随机地移的自由行程也随机地决定于该方向上最邻近决定于该方向上最邻近质点的距离。质点的距离。 12 越低（如

5、在气体中），越低（如在气体中），质点迁移的自由程也就越大。质点迁移的自由程也就越大。因此发生在流体中的扩散传质过程往因此发生在流体中的扩散传质过程往往总是具有往总是具有。13、固体中、固体中 常开始于常开始于，但低于固体的熔点。，但低于固体的熔点。构成固体的所有质点均束缚在三维周期构成固体的所有质点均束缚在三维周期性势阱中，质点之间的相互作用强，故质点的每一性势阱中，质点之间的相互作用强，故质点的每一步迁移必须步迁移必须获取足够的能量以获取足够的能量以。14、固体中的质点扩散往往具有各向异性和、固体中的质点扩散往往具有各向异性和扩散速率低的特点。扩散速率低的特点。固体中原子或离子固体中原子或离

6、子受到结构中受到结构中的限制，依一定方的限制，依一定方式所堆积成的结构将式所堆积成的结构将 限限制着质点每一步迁移的方向和自由行程。制着质点每一步迁移的方向和自由行程。15如右图所示，处于如右图所示，处于间隙位的原子，间隙位的原子，只存在四个等同的迁移方只存在四个等同的迁移方向，每一迁移的发生均需向，每一迁移的发生均需获取高于能垒获取高于能垒G G的能量，的能量，则相当于则相当于。 16 在晶体中，由于在晶体中，由于，点缺陷一，点缺陷一直是在运动中，这种直是在运动中，这种称作称作。有杂质原子参加的扩散，叫做有杂质原子参加的扩散，叫做。晶体内点缺陷的运动，叫做晶体内点缺陷的运动，叫做17在多晶中

7、，原子的扩散不仅限于在多晶中，原子的扩散不仅限于，而且还包含有物质沿而且还包含有物质沿以及以及的输运。的输运。 当当时，时，体扩散体扩散要比要比晶粒间界扩散晶粒间界扩散更为重要。更为重要。18固体中的固体中的实质上是一种实质上是一种它主要包括以下三个过程。它主要包括以下三个过程。原子的振动原子的振动原子在原子在原子在原子在的振动的振动19在固体中，原子、分子或离子排列的紧密程度在固体中，原子、分子或离子排列的紧密程度较高，它们被晶体势场束缚在一个极小的区间内，较高，它们被晶体势场束缚在一个极小的区间内，在其平衡位置的附近振动，具有均方根的振幅，在其平衡位置的附近振动，具有均方根的振幅，决定于决

8、定于。20振动着的原子相互交换着能量，偶尔某个原振动着的原子相互交换着能量，偶尔某个原子或分子可能获得高于平均值的能量，因而有可子或分子可能获得高于平均值的能量，因而有可能脱离其格点位置而跃迁到相邻的空位上去。能脱离其格点位置而跃迁到相邻的空位上去。21在新格位上，跃迁的原子又被势能陷阱束缚在新格位上，跃迁的原子又被势能陷阱束缚住，进而又开始在新平衡位置中振动。直到再发住，进而又开始在新平衡位置中振动。直到再发生下一次的跃迁。生下一次的跃迁。22 在实际晶体中，由于存在着各种各样的缺陷，在实际晶体中，由于存在着各种各样的缺陷，故扩散可以很容易地故扩散可以很容易地，而进行。而进行。23通常情况下

9、，通常情况下，可分为三种：可分为三种：(1)、扩散机理扩散机理(2)、扩散机理扩散机理(3)、扩散机理扩散机理24 处于间隙位置的质点从处于间隙位置的质点从移入移入，必然引起质点周围，必然引起质点周围。25间隙间隙扩散机理扩散机理分为三种形式分为三种形式: : 间隙扩散间隙扩散间隙扩散间隙扩散间隙扩散。间隙扩散。26 例如，在例如，在某些固溶体中某些固溶体中, 杂质原子的杂质原子的扩散可扩散可运动。运动。27处于间隙位置的杂质原子可以从处于间隙位置的杂质原子可以从直接跳到直接跳到位置上，位置上，如下图如下图(a)所示所示:28处于间隙位置的杂质原处于间隙位置的杂质原子子把相邻的基质原子把相邻的

10、基质原子推开到间隙位置，取推开到间隙位置，取而代之地占据格位的位置而代之地占据格位的位置，如图（如图（b）所示：所示：29处于间隙位置的杂质原处于间隙位置的杂质原子子把相邻的基质原子把相邻的基质原子推开到间隙，取而代推开到间隙，取而代之地占据格位的位置之地占据格位的位置，如图，如图 (c)所示。所示。30 从上面三个示意图的比较可看出，从上面三个示意图的比较可看出，（a）的的较小，而较小，而(b)、（c）的的较大。较大。31的的较大。但是还有较大。但是还有很多晶体中的扩散很多晶体中的扩散，属下这种，属下这种。例如：例如：AgCl晶体中晶体中Ag+；具有萤石结构的具有萤石结构的UO2+x晶体中的

11、晶体中的O2-的扩散。的扩散。32 间隙原子的势垒如右图间隙原子的势垒如右图所示：所示：间隙原子在间隙位置上间隙原子在间隙位置上处于一个相对的势能极小值处于一个相对的势能极小值，两个间隙之间存在势能的极两个间隙之间存在势能的极大，称作大，称作势垒势垒（ ）。）。33通常情况下，间隙原子就通常情况下，间隙原子就作热振动，振动频率作热振动，振动频率 = 1012 1013 s 1，平均振动能平均振动能 E kT 。34 从实验可推知，势垒从实验可推知，势垒 相当于几个相当于几个ev的大小，的大小，然而，即使温度达然而，即使温度达1000 oC，原子的振动能也只有，原子的振动能也只有 0.1 eV。

12、因此，在获得大于势垒因此，在获得大于势垒 的能量时，的能量时，。35 其中，其中， 为振动的频率为振动的频率kTekTeW分析表明，获得大于分析表明，获得大于 的的可以写成：可以写成：原子的原子的 可表示为：可表示为：36相对于相对于来说，成指数函来说，成指数函数关系，说明数关系，说明。kTeW由上式由上式可知：可知：37 是指是指而进而进行的扩散。行的扩散。空位周围空位周围跃跃入空位，该原子入空位，该原子原来占有的原来占有的格位格位就变成了空位，这个就变成了空位，这个新新空位周围的原子空位周围的原子再跃入这个再跃入这个空位。空位。38以此类推，就构成以此类推，就构成了了；而原子则；而原子则沿

13、着与沿着与空位运动相反的方向空位运动相反的方向也也作无规则运动，从而发作无规则运动，从而发生了生了，如图，如图所示：所示：39无论无论或或，是固体材料中是固体材料中质点扩散的质点扩散的主要机理主要机理。在一般情况下，离子晶体可由离子半径不同在一般情况下，离子晶体可由离子半径不同的阴、阳离子构成晶格，而的阴、阳离子构成晶格，而。40 例如：例如：在在NaCl晶体中，晶体中，阳离子扩散活化能：阳离子扩散活化能：0.65-0.85 eV阴离子扩散活化能：阴离子扩散活化能：0.90-1.10 eV41 相比于相比于来说，来说，。因此，间隙原子因此，间隙原子相对晶体格位上原子相对晶体格位上原子尺寸尺寸越

14、小、间隙扩散机理越容易发生，反之间隙原越小、间隙扩散机理越容易发生，反之间隙原子越大、间隙扩散机理越难发生。子越大、间隙扩散机理越难发生。42原子从原子从跃迁到跃迁到时所要时所要如下图（如下图（a）所示所示:43 原子从原子从跃迁到跃迁到上时所要越过势垒如下图（上时所要越过势垒如下图（b）所示所示:44 是指在是指在密堆积密堆积的晶格中的晶格中，两两个相邻的原子同时相互直接地调个相邻的原子同时相互直接地调换位置换位置。即处于即处于的两个原的两个原子子而互换位置，而互换位置，由此而由此而发生位移，发生位移，如图（如图（e）所示。所示。45发生的发生的几率很低几率很低，因，因为这将引起为这将引起，

15、且需要很，且需要很。46虽然环形扩散需要很高的活化能，但是，如虽然环形扩散需要很高的活化能，但是，如果有果有，则活化能就会变低，因而有可能是环形扩散机制。则活化能就会变低，因而有可能是环形扩散机制。 例如，在例如，在CaO-Al2O3-SiO2三元系统熔体中，三元系统熔体中，近似于近似于。 47、都是都是而进行的而进行的体扩散体扩散。在大多数在大多数中都占优势。中都占优势。 在溶质原子比溶剂原子小到一定程度的在溶质原子比溶剂原子小到一定程度的中，中，占优势。占优势。如氢、碳、氮和氧在多数金属中是如氢、碳、氮和氧在多数金属中是的。的。 48有时有时、和和都是结构组都是结构组分活动剧烈的地方。分活

16、动剧烈的地方。-这里结构松弛，原子扩散活这里结构松弛，原子扩散活化能要小一些。化能要小一些。 例如，在例如，在中或中或中，在低中，在低温下温下是主要的。是主要的。这时处于这时处于的原子和杂质原子，沿晶面运动，的原子和杂质原子，沿晶面运动，发生吸着或化学吸附，扩散现象都是很显著的。发生吸着或化学吸附，扩散现象都是很显著的。49这类这类、的扩散现象可的扩散现象可以用各种实验方法来观察和研究，如放射性原子示以用各种实验方法来观察和研究，如放射性原子示踪、电子探针分析、场离子显微镜、分割技术等。踪、电子探针分析、场离子显微镜、分割技术等。 例如，借助于分割技术测得了例如，借助于分割技术测得了，而，而5

17、0 1855 1855年，德国物理学家年，德国物理学家 A A菲克（菲克（Adolf Adolf FickFick）在研究大量扩散现象的基础之上，首先在研究大量扩散现象的基础之上，首先对对作出了定量的描述，得出了著作出了定量的描述，得出了著名的菲克定律，建立了浓度场下名的菲克定律，建立了浓度场下。51菲克定律认为：菲克定律认为： 在扩散体系中，参与扩散质点的浓度在扩散体系中，参与扩散质点的浓度c c是位置是位置坐标坐标x x、y y、z z和时间和时间t t的函数，即的函数，即，且且。 在扩散过程中，单位时间内通过单位横截面在扩散过程中，单位时间内通过单位横截面的的（或质点数目）与或质点数目）

18、与成正比，即有如下扩散第一方程：成正比，即有如下扩散第一方程：52式中，式中， 为为，其量纲为，其量纲为cmcms s ； 负号表示粒子从浓度高处向浓度低处扩散，负号表示粒子从浓度高处向浓度低处扩散， 即逆浓度梯度的方向扩散。即逆浓度梯度的方向扩散。 xdcdDJ若质点在晶体中扩散，则其扩散行为还依赖于若质点在晶体中扩散，则其扩散行为还依赖于。53对于大部分的对于大部分的或各向同性的或各向同性的，可以认为，可以认为。 但在一些存在各向异性的但在一些存在各向异性的中，中，扩散系数的变化扩散系数的变化取决于取决于晶体结构的对称性晶体结构的对称性。54 菲克第一定律（扩散第一方程）是菲克第一定律（扩

19、散第一方程）是质点扩散质点扩散的基本方程，若写成三维形式如下。的基本方程，若写成三维形式如下。)(zckycjxciDJ它可以直接用于求解它可以直接用于求解不随时不随时间变化的间变化的问题。问题。 对于一般固体，对于一般固体，202015001500时，时，D D对应对应1010-2 -2 1010-4 -4 cmcm2 2/s/s，D D 大，大， 扩散速度快；扩散速度快；55扩散第一定律适用于稳态扩散！当扩散处扩散第一定律适用于稳态扩散！当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间而改变时，于非稳态，即各点的浓度随时间而改变时，应用扩散第一定律就很不方便，这时要考应用扩散第一定律就很不方便，这时要

20、考虑扩散第二定律。虑扩散第二定律。56dxJ1J2扩散通过微小体积的情况扩散通过微小体积的情况由物质的平衡关系可得出由物质的平衡关系可得出（流入微小体积的物质量）-（从微小体积流出的物质量）=（在微小体积中积存的物质量）其中：物质流入速率=J1A 物质流出速率=J2A =J1A + 物质的积存速率=J1A-J2A = -横截面积为横截面积为Adxx)JA(dxAxJ57但物质在微体积中积存的速率可表示为dxAtCt)CAdx(dxAxJdxAtCxJtC把菲克第一定律代入上式得xCDxtC这就是菲克第二定律，或称扩散第二方程。如果扩散系数D与浓度无关，则上式可写成22xCDtC58 对于如图所

21、示的对于如图所示的来说，任一体积单元来说，任一体积单元dxdydz，在在 t时间内，由时间内，由x方方向流进的向流进的 应为：应为：tdydzdxxJJtdydzJJxxxx)(tdxdydzxJx59 同理在同理在y，z方向流进的方向流进的 分别为：分别为：tdxdydzyJJyytdxdydzzJJzz于是，在于是，在 t 时间内，时间内，物质净增量为：物质净增量为：tdxdydzzJyJxJJJJzyxzyx60 若在若在 t 时间内，体积元中时间内，体积元中平均增量为平均增量为 c，则根据物质守恒定律，则根据物质守恒定律， cdxdydz应等于式应等于式(5-3)，tdxdydzzJy

22、JxJJJJzyxzyxzJyJxJtczyX因此得：因此得：上式为上式为的基本动力学方程式，它可适的基本动力学方程式，它可适用于用于不同性质的扩散体系不同性质的扩散体系。61 若假设若假设，且扩散系数，且扩散系数D不不随位置坐标变化，则有：随位置坐标变化，则有： 222222zcycxcDtcrcrrcDtc222对于对于，上式可变换为球坐标表达式：，上式可变换为球坐标表达式：62：指扩散物质的：指扩散物质的浓度分布浓度分布的扩散过程，使用的扩散过程，使用可解决稳定可解决稳定扩散问题。扩散问题。 ：是指扩散物质浓度分布：是指扩散物质浓度分布的一类扩散，这类问题的解决应借助于的一类扩散，这类问

23、题的解决应借助于。63第四节第四节 互扩散与相关系数互扩散与相关系数v互扩散互扩散 置换式固溶体中，溶质、溶剂原子大小相近，具有相近的迁移率，在扩散中,溶质、溶剂原子同时扩散的现象。 有浓度差的空间扩散叫有浓度差的空间扩散叫互扩散互扩散； 没有浓度差的扩散叫没有浓度差的扩散叫自扩散自扩散。64互扩散互扩散柯肯达尔效应柯肯达尔效应 柯肯达尔柯肯达尔最先发现最先发现互扩散互扩散，在，在黄铜黄铜铜扩散偶中，用钼丝铜扩散偶中，用钼丝作为标志，作为标志，785785下保温不同时间后，钼丝向黄铜内移动，下保温不同时间后，钼丝向黄铜内移动，移动量与保温时间的平方根成正比移动量与保温时间的平方根成正比。65互

24、扩散互扩散柯肯达尔效应柯肯达尔效应v若DCu=DZn，Zn向Cu中的扩散与Cu向黄铜中扩散原子数相等，锌原子尺寸大于铜原子尺寸，扩散后造成点阵常数变化使钼丝移动量，只相当于实验值的1/10，故点阵常数变化不是引起钼丝移动的唯一原因，即铜扩散系数DCu不可能与DZn相等，只能是DZnDcu 。 v 进一步研究发现，Cu-黄铜分界面黄铜侧出现宏观疏孔，这是由于扩散中黄铜中Zn向铜中扩散量大于Cu原子从铜向黄铜中扩散量，黄铜中空位数多，超过平衡浓度，空位部分聚集形成疏松，这说明在置换式固溶体中扩散的主要机制是空位扩散。 Cu-Au、Cu-Ni、Cu-Sn、Ni-Au、Ag-Cu、Ag-Zn中均有此现

25、象。66自扩散与相关系数自扩散与相关系数v自扩散自扩散 所谓自扩散是指原子(或离子)以热振动为推动力通过由该种原子或离子所构成的晶体，向着特定方向所进行的迁移过程。与自扩散效应相对应的扩散系数叫自扩散系自扩散系数数(selfdiffusion coefficient)。为了测定自扩散系数，可用放射性同位素作示踪原子。67v建立在无规行走(Random Walk)模型基础上的空位扩散和间隙扩散均是假定晶体内各原子的跃迁是完全独立的、自由的和无规则的。但是，示踪原子的自扩散情况就不是这样。示踪原子跃迁结果与相关系数示意图示踪原子跃迁结果与相关系数示意图68v因此，在考虑沿特定方向原子的扩散时，上述

26、反向跃迁所造成的结果是：示踪原子自扩散系数(D*)小于无序扩散系数(Dr)，或者说示踪原子的自扩散系数只相当于无序扩散系数的一个分数。 D*=f Dr 式中的系数(f )叫相关系数或相关因数(correlation factor)，它是由晶体结构和扩散机理所决定的小于1的常数，有关空位扩散机理的相关系数示于表表2。表表2 由空位机理产生的对示踪原子的相关系数 结构类型 配位数 相关系数 金刚石 简单立方结构 体心立方结构 面心立方结构 六方密堆积结构 4 6 8 12 12 0.5 0.06531 0.7272 0.7815 fx=fy=0.7812 fz=0.7815 69第五节第五节 离子

27、晶体中的扩散离子晶体中的扩散v离子晶体中阴、阳离子的自扩散系数是不相等的。因为 （1）所带电荷不同； （2）离子半径不同。70决定自扩散系数的主要因素是固体结构v尖晶石（MgAl2O4）的晶体结构属立方晶系，立方面心格子，氧离子按立方紧密堆积，Mg2+填充在1/8四面体空隙中，Al3+填充在1/2八面体空隙中。 由于点阵内存在着较多间隙，因此，阳离子的自扩散系数比氧离子大。71v在型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心。 测定结果表明，阳离子的自扩散系数较氧离子的大。 决定自扩散系数的主要因素是固体结构72v萤石的晶体结构相当于钙离子钙离子成立方

28、最紧密堆积，而氟离子氟离子位于所有四面体空隙位置上。 v萤石型立方体系的氧化物中，阳离子处于fcc密堆积排列，氧离子则介于阳离子的节点之间，因此，在这种晶体结构里的阳离子不如氧离子容易移动。 73第六节第六节 短程扩散短程扩散是指以晶体内部的是指以晶体内部的作为媒介的原子运动，原子的作为媒介的原子运动，原子的这种运动叫做这种运动叫做或或。v 在实际中，扩散除了点缺陷以外，还有以在实际中，扩散除了点缺陷以外，还有以。由于这些扩散与。由于这些扩散与体扩散不同，通常情况下，它们的体扩散不同，通常情况下，它们的，所以称之为，所以称之为。74扩散途径扩散途径: : 晶体点阵中的扩散途径晶体点阵中的扩散途

29、径75主要包括以下三种：主要包括以下三种：1、扩散扩散(Ds) 、2、扩散扩散(Dg)3、扩散扩散(Dd)76 图中所示为金属银中各类扩散的图中所示为金属银中各类扩散的扩散系数随温度的变化扩散系数随温度的变化。77由此算出的各类扩散的活化能如下：由此算出的各类扩散的活化能如下：Qs:10 .3 kcal/mol (表面扩散表面扩散)Qg:20.2 kcal/mol (晶界扩散晶界扩散)Qb:46.0 kcal/mol (体扩散体扩散)78 可以推测，在晶体的可以推测，在晶体的上，点阵的紊上，点阵的紊乱程度比在乱程度比在上更甚。上更甚。因此，位错线上的因此，位错线上的要比晶粒间界要比晶粒间界上的

30、迁移更容易，故上的迁移更容易，故位位错扩散活化能错扩散活化能Qd将小于将小于晶界扩散活化能晶界扩散活化能Qg。79例如，银的位错扩散活化能（例如，银的位错扩散活化能（ Qd ）为）为19.7 kcal/mol，而银的而银的晶界晶界扩散活化能扩散活化能（ Qg ）为）为20.2 kcal/mol，80注意注意v不仅在金属体系中有许多晶界扩散比内扩散不仅在金属体系中有许多晶界扩散比内扩散大的例子，而且在离子晶体中也有这类例子。大的例子，而且在离子晶体中也有这类例子。然而，然而，晶界扩散晶界扩散并不一定对阴、阳二种离子并不一定对阴、阳二种离子都很明显，往往是都很明显，往往是一种离子的晶界扩散明显一种

31、离子的晶界扩散明显，而而另一种离子不明显另一种离子不明显。例：在具有例：在具有NaCl构型的氧化物构型的氧化物MgO中中O2-显示显示出晶界扩散出晶界扩散，而，而Mg2+则不明显则不明显。81影响扩散系数的因素介质结构介质结构的影响的影响结构完整性结构完整性的影响的影响晶体结构晶体结构的影响的影响扩散元素性质扩散元素性质的影响的影响结构缺陷结构缺陷的影响的影响固溶体类型固溶体类型的影响的影响扩散元素浓度扩散元素浓度的影响的影响第三元素第三元素的影响的影响掺杂掺杂的影响的影响温度温度的影响的影响82影响扩散的因素影响扩散的因素 （1 1）介质结构的影响）介质结构的影响 通常，扩散介质结构越紧密，

32、扩散越困难，通常，扩散介质结构越紧密，扩散越困难，反之亦然。反之亦然。例如在一定温度下，锌锌在具有体心立方点阵结构(单位晶胞中含2个原子)的-黄铜黄铜中的扩散系数大于具有在面心立方点阵结构(单位晶胞中含4个原子)时-黄铜黄铜中的扩散系数。83影响扩散的因素影响扩散的因素 （2 2）结构完整性的影响）结构完整性的影响v在急冷的玻璃中，扩散系数一般高于充分退在急冷的玻璃中，扩散系数一般高于充分退火的同组分玻璃中的扩散系数。两者可相差火的同组分玻璃中的扩散系数。两者可相差一个数量级或更多。这可能与玻璃中一个数量级或更多。这可能与玻璃中有关有关。84影响扩散的因素影响扩散的因素 （3 3）晶体结构的影

33、响）晶体结构的影响a. 同素异晶转变同素异晶转变的金属中，D随晶体结构改变，910，D-Fe/D-Fe = 280，-Fe致密度低，且易形成空位。b.晶体各向异性晶体各向异性使D有各向异性。 铋扩散的各向异性，菱方系Bi沿C轴的自扩散为垂直C轴方向的1/106 六方系的Zn：平行底面的自扩散系数大于垂直底面的，因底面原子排列紧密，穿过底面困难。85影响扩散的因素影响扩散的因素 （4 4）扩散元素性质的影响）扩散元素性质的影响 扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固溶度等差别指原子半径、熔点、固溶度等 这是因为当扩散介质原子附

34、近的应力场发生畸变时，就较易形成空位和降低扩散活化能而有利于扩散。故扩散原子与介质原子间性质差异越大，引起应力场的畸变也愈烈，扩散系数也就愈大。见下表。86表表 若干金属在铅中的扩散系数若干金属在铅中的扩散系数87影响扩散的因素影响扩散的因素 （5）结构缺陷的影响）结构缺陷的影响 实验表明，在金属材料和离子晶体中，原子或离实验表明，在金属材料和离子晶体中，原子或离子在晶界上扩散远比在晶粒内部扩散来得快。子在晶界上扩散远比在晶粒内部扩散来得快。实验表明，其些氧化物晶体材料的晶界对离子的扩散有选择性的增加作用，例如在Fe2O3，、CoO、SrTiO3，材料中晶界或位错有增加O2-离子的扩散作用，而在BeO、UO2、Cu2O和(Zr，Ca)O2等材料中则无此效应。对对离子扩散的选择性离子扩散的选择性增强作用，主要是与晶增强作用，主要是与晶界区域内界区域内密切相关。密切相关。 88影响扩散的因素影响扩散的因素 （5 5）结构缺陷的影响）结构缺