固体中的扩散

这是一篇关于固体中的扩散的思维导图，包含了扩散的宏观定律及其应用，扩散的微观规律，上坡扩散与反应扩散等内容

固体中的扩散

• 扩散的宏观定律及其应用
  • 菲克第一定律
  • 菲克第二定律
    • • 解决实际扩散过程中，任一点浓度随时间变化的问题。
• 扩散的微观规律
  • 扩散方式
    • 间隙机制
    • 换位机制
    • 空位机制
  • 晶体扩散
    • 间隙原子以间隙扩散为主
    • 置换原子以空位扩散为主
    • 松散结构可以换位扩散
  • 原子跃迁与扩散系数
    • 跃迁频率Γ
    • 扩散系数D
• 影响扩散的因素
  • 温度
    • 温度越高，激活原子数目越大， 扩散系数按指数增长
  • 晶体结构
    • 晶体结构不同，其致密度不同， 扩散激活能不同，致密度低的结构 有利于扩散
    • 结构不同溶解度不同， 因而造成的浓度差不同， 扩散速度也不同
  • 固溶体类型
    • 间隙固溶体比置换固溶体扩散激活能低， D高3个数量级，易于扩散。
    • 单质晶体比离子晶体扩散激活能低，易扩散。 金属、半导体 > 陶瓷
  • 晶体缺陷
    • 扩散系数： 线扩散 > 面扩散 > 体扩散
    • 尤其在低温下，线扩散与面扩散更为重要，细化晶粒有利于扩散
• 上坡扩散与反应扩散
  • 上坡扩散
    • 按第一定律，没有C浓度梯度是不会扩散的，但这里不仅发生了扩散，还由低浓度向高浓度方向扩散
  • 反应扩散
    • 当合金元素渗入金属表面达溶解度极限时， 其结构将发生变化，转变成一种含合金元素量 更大的新相（固溶体或化合物），出现一个新 相层，此现象称为反应扩散
• 扩散第一定律是有局限性的。 从热力学分析，原子的扩散迁移现象，是由于体系中微区内化学位不同引起的，即化学位梯度 。 原子的迁移总是从高化学位向低化学位区域扩散，以使体系自由能最低。 扩散的驱动力是化学位梯度 ，并指向化学位降低的方向。
• 扩散：由于原子或分子热运动导致物质中原子或分子的迁移现象