扩散激活能.pptx

1菲克第一定律菲克第二定律表象理论热力学分析扩散系数热力学因子2问题:扩散机制主要有哪几种?①间隙机制(a)从一个间隙到近邻另一个间隙(a)(b)②空位机理②(b)间隙原子把相邻的一个原子挤入相邻的间隙③换位机制(e)直接换位(e)(f)回旋换位(f)3问题:为什么直接换位机制不是扩散的主要机制?答:由于原子近似刚性球体,所以两原子对换位置时,它们近邻的原子必须后退,以让出适当的空间。当对调完毕后,这些原子或多或少地恢复到原来的位置。这样的过程势必使交换原子对附近的晶格产生强烈的畸变,这对直接换位机制来说是不利的。因此,这种扩散机制实际上是不大可能实现的。4(3)原子跳动与扩散距离RnABr1r2r3rirn菲克第一定律和菲克第二定律及其在各种条件下的解反映了原子扩散的宏观规律。宏观扩散现象是微观中大量原子的无规则跳动的统计结果。由扩散第二定律导出的扩散距离与时间的抛物线规律揭示出:晶体中原子在跳跃时并不是沿直线迁移,而是折线的随机跳动。在晶体中选定一个原子,在一段时间内,这个原子差不多都在自己的位置上振动着,只有当它的能量足够高时,才能跳到,从一个位置跳向相邻的下一个位置。5一个原子从某点开始作随机行走,第i次行走以ri表示,经n步后,它的最终位置以Rn表示,即:当走的步数n很大,可以用统计的方法求走过的平均距离。i,i+j是ri和ri+j之间的夹角。设可能跳动的方向是等几率的,跳动距离相等。以r表示每次跳动距离6大量原子,每一个都经过n次跳动,则原子跳动距离的平均值:原子跳动的各方向都是等几率的,任一个的正负值出现的几率是相等的。所以,上式中的余弦平均值为零,得原子的平均迁移值与跳跃次数的平方根成正比。因为n=t原子的扩散距离与扩散时间的平方根成正比。7例如,在某一温度下=1010s1,经1h扩散后,原子真实迁移距离是宏观扩散距离的倍,即宏观扩散距离1mm,而每个原子平均迁移的总距离为几公里。把扩散系数和无规行走联系起来将中的跳跃频率Γ代入,则式中,r是原子的跳动距离,d是与扩散方向垂直的相邻平行晶面之间的距离,也就是r在扩散方向上的投影值。是取决于晶体结构的几何因子。上式表明,由微观理论导出的原子扩散距离与时间的关系与宏观理论得到的公式完全一样(见扩散的抛物线规律)。8宏观的扩散流是由大量的原子无数次微观跳动组合而成的,微观粒子的布朗运动可作为我们对这种跳动图象描述的借鉴。虽然在晶体中原子的跳动和布朗运动相似,但也有一定区别,那就是原子跳动并不是完全无规随机的。9扩散激活能:原子跃迁时所需克服周围原子对其束缚的势垒。一般以Q表示。=-Q/R扩散系数与温度的关系