晶体缺陷和扩散

演讲人：常杨

答辩人：卢宝、许丹丹缺陷的扩散机制扩散现象和本质柯肯达尔效应金属晶体中原子按一定规律周期排列，在相邻两个原子间都隔着一个能垒Q，由于存在能量起伏，总会有能量高的原子跨越能垒Q，发生跃迁。扩散的本质是原子依靠热运动从一个位置迁移到另一个位置。扩散是固体中原子迁移的唯一方式。晶体中的扩散---------原子在晶体中的迁移过程.扩散---------晶体中原子无规则布朗运动热缺陷的迁移（产生、复合)实现借助存在点缺陷晶体中扩散的前提条件？外来杂质原子在晶体中的扩散基质原子在晶体中的扩散，即自扩散晶体中粒子扩散的宏观规律

晶体中原子浓度分布不均匀时，会发生高浓度向低浓度的原子扩散，直至稳定。1、扩散第一定律表单位时间通过单位面积的扩散粒子量扩散流密度

D---扩散系数n---扩散粒子的浓度设扩散过程中，系统各点的浓度不随时间变化即对稳态扩散：2、扩散第二定律对非稳态扩散：设D是与浓度无关的常数，则表经过t时间后扩散物的分布常用的解形式为：费克第一定律：扩散连续方程：实验测各层扩散浓度扩散系数不同温度测R——气体常数，Q——扩散激活能常数，称频率因子温度愈高，扩散愈强。

通过对各种材料测量表明：(2)间隙式的原子一般具有较高的扩散系数；(1)扩散系数大小差别主要由扩散激活能Q大小决定，

Q越低，扩散系数愈大；晶体中粒子扩散的微观机制原子扩散通过相邻原子对调位置来实现。1、易位机制——可能性很小直接易位扩散模型应该指出，环形换位机制以及其他扩散机制只有在特定条件下才能发生，一般情况下它们仅仅是下面讲述的间隙扩散和空位扩散的补充。2、间隙原子机制间隙原子在不同间隙位置间跳跃，以实现扩散。杂质原子在晶体中的扩散以此机制为主。对间隙原子机制,扩散系数与温度关系的微观理论原子扩散的本质——原子作无规则布朗运动，D值反映原子布朗运动的强弱无规则布朗运动的扩散系数D：据统计物理,得布朗运动的平均平方位移：间隙原子运动势场示意图

间隙原子依赖热涨落获得高于势垒高度的能量，实现跨跃势垒。间隙原子运动势场示意图第二、t时间内，一个原子总的跳跃次数N应当为：（因一个原子可向左边，也可向右边的间隙跳跃）间隙原子的振动频率按玻尔兹曼统计，温度为T,原子具有能量几率第一、间隙原子依靠热张落在间隙之间跳跃几率为：第三、N次连续跳跃的方式数目：若设m次跳跃是向右的，而N-m次是向左的跳跃，则这种情况的不同选法共有种：设相邻间隔距离d，则对属上述跳跃情况,沿x方向移动距离平均平方距离为：计算平均平方距离实验结果理论结果扩散激活能Q表原子跳跃的势垒高度.Q愈低,扩散系数D愈大

例如氢、硼、碳、氮等以填隙的方式存在于铁中，实验得出在1100时，它们在--铁中的扩散系数如下表。元素扩散系数（米2/秒）氢硼碳氮铁杂质原子扩散空位周围的原子占据空位，原位置成为新的空位，即通过空位的移动来实现原子迁移空位3、空位机制——一般比较容易实现借助空位扩散的原子,仅当相邻格点是空位,才可跳跃表邻近格点为空位的几率一定温度下,平衡时,空位数目晶体中原子数（1）空位形成能影响扩散系数因素（2）大，则空位少；势垒高度高，则空位移动难。对空位机制,扩散系数与温度关系的微观理论跳跃率扩展缺陷机制

线缺陷及面缺陷是扩展类缺陷，偏离周期性集中于一条或某一平面