材料物理材料的固態(tài)擴散ppt課件

1、l5.1 分散的動力過程分散的動力過程l5.2 分散機制分散機制l5.3 分散系數(shù)分散系數(shù)l5.4 分散系數(shù)的影響要素分散系數(shù)的影響要素:u當固體中有不同種粒子同時存在時，粒子由高濃度處向濃當固體中有不同種粒子同時存在時，粒子由高濃度處向濃度低的處方遷移，這種景象稱為分散。度低的處方遷移，這種景象稱為分散。u同種粒子也可以在固體中遷移，稱為自分散，如同種粒子也可以在固體中遷移，稱為自分散，如Cu、Fe原原子分別在其晶體中的遷移。子分別在其晶體中的遷移。u分散景象首先是在研討鐵分散景象首先是在研討鐵鉑合金時由法拉第發(fā)現(xiàn)的，并鉑合金時由法拉第發(fā)現(xiàn)的，并在合金方面得到了迅速的運用和開展。在硅酸鹽資料

2、的消在合金方面得到了迅速的運用和開展。在硅酸鹽資料的消費和研討中，分散對于固相反響、燒結、析晶、分相以及費和研討中，分散對于固相反響、燒結、析晶、分相以及熔化等動力學過程有非常重要的意義，并且對資料的性質熔化等動力學過程有非常重要的意義，并且對資料的性質有艱苦影響。有艱苦影響。:l 分散：物質中原子或分子遷移的景象。分散：物質中原子或分子遷移的景象。l 分散的重要性：鑄件的均勻化，許多固態(tài)相變過程，外表分散的重要性：鑄件的均勻化，許多固態(tài)相變過程，外表合金化，冷變形金屬的回復，再結晶等都與分散親密相關。合金化，冷變形金屬的回復，再結晶等都與分散親密相關。l 人們關注的分散問題：人們關注的分散問

3、題：l 宏觀規(guī)律：分散速度與濃度分布宏觀規(guī)律：分散速度與濃度分布與外界條件的關系。與外界條件的關系。l 微觀機制：分散如何進展微觀機制：分散如何進展分散時原子的詳細行為，如分散時原子的詳細行為，如何加速或抑制分散。何加速或抑制分散。:分散是一種遷移過程，是由于熱運動而引起的物質傳送。分散是一種遷移過程，是由于熱運動而引起的物質傳送。當粒子在介質中分布不均勻并存在濃度梯度時，介質中將產當粒子在介質中分布不均勻并存在濃度梯度時，介質中將產生使?jié)舛融呌诰鶆虻亩ㄏ蚍稚⒘?。生使?jié)舛融呌诰鶆虻亩ㄏ蚍稚⒘鳌?3 按原子的分散方向分：按原子的分散方向分： 在晶粒內部進展的分散稱為體分散；在外表進展的分散稱為外

4、在晶粒內部進展的分散稱為體分散；在外表進展的分散稱為外表分散；沿晶界進展的分散稱為晶界分散。外表分散和晶界分散的表分散；沿晶界進展的分散稱為晶界分散。外表分散和晶界分散的分散速度比體分散要快得多，普通稱前兩種情況為短路分散。分散速度比體分散要快得多，普通稱前兩種情況為短路分散。 此外還有沿位錯線的分散，沿層錯面的分散等。此外還有沿位錯線的分散，沿層錯面的分散等。:l德國人菲克德國人菲克(Fick)定量地研討了這種分散過程，提出了菲定量地研討了這種分散過程，提出了菲克第一和第二定律，又稱為分散過程的動力學過程。克第一和第二定律，又稱為分散過程的動力學過程。 分散的推進力分散的推進力 當不存在外場

5、時，晶體中粒子的遷移完全是由于熱振動當不存在外場時，晶體中粒子的遷移完全是由于熱振動引起的。只需在外場作用下，這種粒子的遷移才干構成定向引起的。只需在外場作用下，這種粒子的遷移才干構成定向的分散流。也就是說，構成定向分散流必需求有推進力，這的分散流。也就是說，構成定向分散流必需求有推進力，這種推進力通常是由濃度梯度提供的。種推進力通常是由濃度梯度提供的。:l 分散通量分散通量單位時間內經(jīng)過單位橫截面的粒子數(shù)。用單位時間內經(jīng)過單位橫截面的粒子數(shù)。用J表示，為矢量由于分散流具有方向性表示，為矢量由于分散流具有方向性量綱：粒子數(shù)量綱：粒子數(shù)/時間時間長度長度2單位：粒子數(shù)單位：粒子數(shù)/s m2分散動

6、力學方程分散動力學方程菲克定律菲克定律:l1穩(wěn)定分散穩(wěn)定分散穩(wěn)定分散是指在垂直分散方向的任一平面上，單位時間內穩(wěn)定分散是指在垂直分散方向的任一平面上，單位時間內經(jīng)過該平面單位面積的粒子數(shù)一定，即任一點的濃度不隨經(jīng)過該平面單位面積的粒子數(shù)一定，即任一點的濃度不隨時間而變化，時間而變化， J=const。l2不穩(wěn)定分散不穩(wěn)定分散不穩(wěn)定分散是指分散物質在分散介質中濃度隨時間發(fā)生變不穩(wěn)定分散是指分散物質在分散介質中濃度隨時間發(fā)生變化。分散通量與位置有關?；?。分散通量與位置有關。穩(wěn)定分散和不穩(wěn)定分散穩(wěn)定分散和不穩(wěn)定分散:l1858年，菲克年，菲克Fick參照了傅里葉參照了傅里葉Fourier于于1822

7、年建立的導熱方年建立的導熱方程，獲得了描畫物質從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移的定量公式。程，獲得了描畫物質從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移的定量公式。l 假設有一單相固溶體，橫截面積為假設有一單相固溶體，橫截面積為A，濃度，濃度C不均勻，在不均勻，在dt時間內，經(jīng)時間內，經(jīng)過單位截面的所遷移的物質的量與濃度梯度成正比：過單位截面的所遷移的物質的量與濃度梯度成正比：菲克分散定律菲克分散定律tAxCm)(xCDAdtdm分散過程中溶質原子的分布分散過程中溶質原子的分布菲克第一定律菲克第一定律( 分散第一定律，分散第一定律，) 穩(wěn)態(tài)分散穩(wěn)態(tài)分散:l由分散通量的定義，有由分散通量的定義，有xCDJ上式即菲克第一定律

8、上式即菲克第一定律式中式中J稱為分散通量常用單位是稱為分散通量常用單位是g/(cm2.s)或或mol/(cm2.s) 。 D是同一時辰沿軸的濃度梯度，是是同一時辰沿軸的濃度梯度，是比例系數(shù)，稱為分散系數(shù)。比例系數(shù)，稱為分散系數(shù)。 dC/dx為濃度梯度。為濃度梯度。溶質原子流動的方向與濃溶質原子流動的方向與濃度降低的方向一致度降低的方向一致:菲克第一定律的運用菲克第一定律的運用l 測定碳在測定碳在 -Fe中的分散系數(shù)：中的分散系數(shù)： 長長l的純鐵圓筒，外通脫碳氣的純鐵圓筒，外通脫碳氣體，內通滲碳氣體，加熱至體，內通滲碳氣體，加熱至相相保溫，碳原子由內向外分散。加保溫，碳原子由內向外分散。加熱時間

9、足夠長時可到達穩(wěn)定形狀，熱時間足夠長時可到達穩(wěn)定形狀，沿筒壁截面各點的碳濃度為定值，沿筒壁截面各點的碳濃度為定值，不隨時間改動，即不隨時間改動，即l 此時圓筒本身不再吸碳，在恣意時間間隔此時圓筒本身不再吸碳，在恣意時間間隔t內分散出的碳量內分散出的碳量q的比值的比值q/t為定值。為定值。經(jīng)過筒壁半徑為經(jīng)過筒壁半徑為r處的分散通量處的分散通量:l q 可由筒外流出氣體的增碳量測出，可由筒外流出氣體的增碳量測出，l，t 知，將圓筒淬火知，將圓筒淬火可測筒壁各點的濃度，做出可測筒壁各點的濃度，做出Cln r曲線，可知各點的曲線，可知各點的因此因此D可求出?？汕蟪?。實踐上實踐上 D是與濃度是與濃度C有

10、關的，所以有關的，所以 Cln r 關系為曲線。各關系為曲線。各濃度下的濃度下的D實踐上是由實踐上是由 Cln r 曲線的斜率曲線的斜率(切線切線) 求出。求出。:菲克第二定律菲克第二定律分散第一定律只處理了穩(wěn)態(tài)分散問題，即分散第一定律只處理了穩(wěn)態(tài)分散問題，即 的分散。的分散。t 為時間。未達穩(wěn)態(tài)，各時辰的濃度梯度是變化的，不能計算。為時間。未達穩(wěn)態(tài)，各時辰的濃度梯度是變化的，不能計算。u實踐分散過程多為非穩(wěn)態(tài)分散，此時只需用菲克第二定律實踐分散過程多為非穩(wěn)態(tài)分散，此時只需用菲克第二定律才干處理。才干處理。:菲克第二定律菲克第二定律( 分散第二定律，分散第二方程分散第二定律，分散第二方程) 的

11、推導的推導 垂直于垂直于x 軸，相距軸，相距dx 的兩截面的兩截面圍成一微小體積，其橫截面積圍成一微小體積，其橫截面積為為A，以，以J1，J2表示流入、流出表示流入、流出此小體積的分散通量，那么有此小體積的分散通量，那么有 物質流入速率：物質流入速率：J1A， 物質流出速率：物質流出速率：物質積存速率：物質積存速率：:又知物質積存速率：又知物質積存速率：所以所以由分散第一定律由分散第一定律 知知此即分散第二定律。此即分散第二定律。:假設假定假設假定D與濃度無關，那么：與濃度無關，那么：l 實踐上實踐上D與濃度有關，但為方便求解，往往把與濃度有關，但為方便求解，往往把D看成恒量看成恒量l 來解來

12、解C( x, t) ，即恣意時辰恣意點的濃度。，即恣意時辰恣意點的濃度。:菲克第二定律運用舉例菲克第二定律運用舉例誤差函數(shù)解誤差函數(shù)解:無限長棒分散偶的求解無限長棒分散偶的求解:分散第二方程的解在滲碳上的運用分散第二方程的解在滲碳上的運用 滲碳目的：滲碳目的： 外表希望耐磨外表希望耐磨高硬度高碳高硬度高碳 心部希望高韌性心部希望高韌性低碳低碳 用低碳鋼滲碳可同時滿足兩方面的要求用低碳鋼滲碳可同時滿足兩方面的要求 化學熱處置外表合金化化學熱處置外表合金化 滲碳：經(jīng)過不同的方法呵斥一定濃度的滲碳氣氛經(jīng)過分散滲碳：經(jīng)過不同的方法呵斥一定濃度的滲碳氣氛經(jīng)過分散使碳原子由外表向心部遷移。使碳原子由外表向

13、心部遷移。 鋼的含碳量為鋼的含碳量為C1，假設加熱溫度一定，外表鋼中的含碳量，假設加熱溫度一定，外表鋼中的含碳量經(jīng)一定時間后可達定值經(jīng)一定時間后可達定值C0，之后只是高碳層的厚度不斷添，之后只是高碳層的厚度不斷添加。加。初始條件：初始條件：C(x，0)=C1邊境條件：邊境條件：C(0 ，t)= C0，C( ，t)= C1:l在硅酸鹽資料消費和研討中，常遇到以下兩類分散問題：在硅酸鹽資料消費和研討中，常遇到以下兩類分散問題：l1從知的分散系數(shù)確定分散速度及經(jīng)過任不測表的粒子從知的分散系數(shù)確定分散速度及經(jīng)過任不測表的粒子流；流；l2確定在一定時間確定在一定時間t內滲入或流出的粒子量。內滲入或流出的

14、粒子量。:與氣體、液體不同，固體粒子間很大的內聚力使粒子遷移必需抑制一定勢與氣體、液體不同，固體粒子間很大的內聚力使粒子遷移必需抑制一定勢壘，這使得遷移和混和過程變得極為緩慢。然而遷移依然是能夠的。壘，這使得遷移和混和過程變得極為緩慢。然而遷移依然是能夠的。但是由于存在著熱起伏，粒子的能量形狀服從波爾茲曼分布定律。但是由于存在著熱起伏，粒子的能量形狀服從波爾茲曼分布定律。粒子騰躍勢壘表示圖粒子騰躍勢壘表示圖u分散激活能分散激活能E的大小除了與溫度有的大小除了與溫度有關外，主要決議于粒子在晶體中的不同關外，主要決議于粒子在晶體中的不同處境和粒子在晶體中遷移的詳細方式。處境和粒子在晶體中遷移的詳細

15、方式。E:la易位分散：粒子間直接易位遷移易位分散：粒子間直接易位遷移lb環(huán)形分散：同種粒子間的相互易位遷移環(huán)形分散：同種粒子間的相互易位遷移lc間隙分散：間隙粒子沿晶體間隙遷移間隙分散：間隙粒子沿晶體間隙遷移ld準間隙分散：間隙粒子把處于正常晶格位置的粒子擠出，準間隙分散：間隙粒子把處于正常晶格位置的粒子擠出，并取而代之占據(jù)該晶格位置的遷移并取而代之占據(jù)該晶格位置的遷移le空位分散：粒子沿空位遷移空位分散：粒子沿空位遷移晶體中粒子遷移的方式即粒子發(fā)生分散的物理機制晶體中粒子遷移的方式即粒子發(fā)生分散的物理機制:晶體中的分散晶體中的分散易位分散易位分散環(huán)形分散環(huán)形分散間隙分散間隙分散準間隙分散準

16、間隙分散空位分散空位分散:u在以上各種分散中，易位分散所需在以上各種分散中，易位分散所需的活化能最大。的活化能最大。u由于處于晶格位置的粒子勢能最低由于處于晶格位置的粒子勢能最低，在間隙位置和空位處勢能較高：，在間隙位置和空位處勢能較高：故空位分散所需活化能最小，因此故空位分散所需活化能最小，因此空位分散是最常見的分散機理，其空位分散是最常見的分散機理，其次是間隙分散和準間隙分散。次是間隙分散和準間隙分散。:(1)間隙分散間隙分散間隙固溶體發(fā)生間隙分散時，溶質原子要從一個間隙位間隙固溶體發(fā)生間隙分散時，溶質原子要從一個間隙位置跳到另一間隙位置。置跳到另一間隙位置。為使原子為使原子1 跳至跳至2

17、 位置，必需推開位置，必需推開3 、4 原子，使晶格發(fā)生瞬時原子，使晶格發(fā)生瞬時畸變，這應變能就是跳動的阻力?；?，這應變能就是跳動的阻力。間隙原子跳動時必間隙原子跳動時必需抑制的能壘需抑制的能壘G2G1，所以只需自在，所以只需自在能超越能超越G2的原子才的原子才干跳動。干跳動。:2置換分散置換分散:(3)晶界分散晶界分散l 大角晶界的構造不清楚，且不能夠制成單純是晶界的試樣大角晶界的構造不清楚，且不能夠制成單純是晶界的試樣研討晶界處的分散系數(shù)，所以此種機制的分散不易研討，研討晶界處的分散系數(shù)，所以此種機制的分散不易研討，可用放射性同位素用示蹤原子法進展研討。可用放射性同位素用示蹤原子法進展研

18、討。:4位錯分散位錯分散l 位錯對分散的作用與晶界類似，也難于研討。位錯對分散的作用與晶界類似，也難于研討。l 普通想象：位錯可以看成分散管道，使分散加速進展。普通想象：位錯可以看成分散管道，使分散加速進展。沿刃型位錯的分散激活能也約為體積分散的一半。沿刃型位錯的分散激活能也約為體積分散的一半。:l在各種分散機制中，在各種分散機制中，l假設不存在外場作用時，晶體中粒子的遷移完全是由熱漲落引起的。假設不存在外場作用時，晶體中粒子的遷移完全是由熱漲落引起的。l當有外場作用時，粒子的遷移就會構成定向的分散流，通常這種外場作當有外場作用時，粒子的遷移就會構成定向的分散流，通常這種外場作用是由濃度梯度提

19、供的。用是由濃度梯度提供的。l但也有特殊情況，即有濃度梯度，但沒有擴分發(fā)生，在多元系統(tǒng)中這種但也有特殊情況，即有濃度梯度，但沒有擴分發(fā)生，在多元系統(tǒng)中這種情況存在的比較普通。所以，從最普遍的角度而首這種外場作用力或稱情況存在的比較普通。所以，從最普遍的角度而首這種外場作用力或稱分散推進力應是系統(tǒng)的化學勢梯度。分散推進力應是系統(tǒng)的化學勢梯度。:l分散系數(shù)是物質的一個物性目的，可作為表征分散的一個參量，它分散系數(shù)是物質的一個物性目的，可作為表征分散的一個參量，它不僅與分散機制而且與分散介質和外界條件都相關。不僅與分散機制而且與分散介質和外界條件都相關。:l對晶體而言，分散是原子或缺陷從一個平衡位置

20、遷移到另一個平衡對晶體而言，分散是原子或缺陷從一個平衡位置遷移到另一個平衡位置的過程，而且是許多原子進展無數(shù)次遷移的結果。位置的過程，而且是許多原子進展無數(shù)次遷移的結果。l假設原子向恣意方向無序地遷移，而且每次遷移和前一次遷移無關假設原子向恣意方向無序地遷移，而且每次遷移和前一次遷移無關，那么這種分散原子經(jīng)幾次遷移后凈位移，那么這種分散原子經(jīng)幾次遷移后凈位移Rn就是各次遷移就是各次遷移S1，S2，S3，的矢量和。的矢量和。無序分散系數(shù)無序分散系數(shù) knjnjkjnjjnnnnnSSSRRRSSSR111122212:l分散粒子在分散粒子在t時間內經(jīng)時間內經(jīng)n次無序躍遷后的凈位移表示圖如下圖。次

21、無序躍遷后的凈位移表示圖如下圖。l假設各個躍遷矢量相等且方向無序的假設各個躍遷矢量相等且方向無序的，如在晶體中，如在晶體中樣，即樣，即|S1|=|S2|=|Sj|=S,那么式那么式(4)中第二項中第二項為零，由于為零，由于Sj和和Sk平均值的正值和負平均值的正值和負值是大抵相等的。值是大抵相等的。l R2n=nS2 :l故自故自區(qū)反向經(jīng)過參考平面躍遷的區(qū)反向經(jīng)過參考平面躍遷的粒子數(shù)為粒子數(shù)為在在dc/dx濃度梯度的介質中，粒子經(jīng)過濃度梯度的介質中，粒子經(jīng)過參考平面相互反向分散的數(shù)目表示圖參考平面相互反向分散的數(shù)目表示圖)(61nnRdxdcCRN 故單位時間，單位截面積上的故單位時間，單位截面

22、積上的凈分散粒子數(shù)為凈分散粒子數(shù)為dxdctnSdxdctRtNJn6622靜:l與菲克第一定律比較，那么分散系數(shù)與菲克第一定律比較，那么分散系數(shù)Dr為為 Dr=nS2/6t式中式中:(n/t)是單位時間內原子的躍遷次數(shù)，是單位時間內原子的躍遷次數(shù)，S叫做躍遷間隔。叫做躍遷間隔。 在空位分散機理中，只需當臨近的結點上有空位時，質點才可以躍遷。所在空位分散機理中，只需當臨近的結點上有空位時，質點才可以躍遷。所以單位時間內空位的躍遷次數(shù)以單位時間內空位的躍遷次數(shù)(n/t )與晶體內的空位濃度或缺陷濃度與晶體內的空位濃度或缺陷濃度(Nd)、質、質點躍遷到臨近空位的躍遷頻率點躍遷到臨近空位的躍遷頻率(

23、)以及與可供空位躍遷的結點數(shù)以及與可供空位躍遷的結點數(shù)(Z)有關，即：有關，即： n/t=Z Nd 那么分散系數(shù)那么分散系數(shù) D=1/6ZS2 Nd :l假設系統(tǒng)不存在著定向推進力條件下進展的分散過程中，粒子不是假設系統(tǒng)不存在著定向推進力條件下進展的分散過程中，粒子不是沿定向遷移而是無序地游動分散。每沿定向遷移而是無序地游動分散。每次遷移都和前一次遷移無關次遷移都和前一次遷移無關。稱這種分散時的系數(shù)。稱這種分散時的系數(shù)Dr為無序分散系數(shù)。為無序分散系數(shù)。l普通晶體的空位分散屬于無序分散。普通晶體的空位分散屬于無序分散。:l對于普通原子的分散情況與上述不同，如對于面心立方晶體，其中每個對于普通原

24、子的分散情況與上述不同，如對于面心立方晶體，其中每個空位都可以向周圍空位都可以向周圍12個原子中任個原子中任個易位，故遷移方向是無序的。個易位，故遷移方向是無序的。l但是對于一個給定的原子要遷移到此空位，其幾率只需但是對于一個給定的原子要遷移到此空位，其幾率只需112，其周圍還，其周圍還有有11個原子也能夠遷移，此處每個原子的遷移都和先前原子的遷移相關個原子也能夠遷移，此處每個原子的遷移都和先前原子的遷移相關。l因此在同一系統(tǒng)中對某個指定原子，其分散的系數(shù)要思索一個相關性因因此在同一系統(tǒng)中對某個指定原子，其分散的系數(shù)要思索一個相關性因子，那么有子，那么有l(wèi)D = f Dr D稱為自分散系數(shù)。自

25、分散系數(shù)也是基于元序分散過程，但必需思索稱為自分散系數(shù)。自分散系數(shù)也是基于元序分散過程，但必需思索一個相關性因子一個相關性因子f，對于面心立立方構造，對于面心立立方構造f=0.78。:由空位機理產生的對示蹤原子的相關系數(shù)由空位機理產生的對示蹤原子的相關系數(shù) 結構類型 配位數(shù) 相關系數(shù) 金剛石 簡單立方結構 體心立方結構 面心立方結構 六方密堆積結構 4 6 8 12 12 0.5 0.06531 0.7272 0.7815 fx=fy=0.7812 fz=0.7815 :l1分散物質的性質分散物質的性質l2分散介質構造分散介質構造l3位錯、晶界和外表位錯、晶界和外表l4溫度溫度l5雜質雜質l6

26、氣氛氣氛l7濃度濃度 根據(jù)點缺陷的構成規(guī)律及由質量作用定律確定點缺陷的濃度等原根據(jù)點缺陷的構成規(guī)律及由質量作用定律確定點缺陷的濃度等原那么可以推斷，自分散系數(shù)那么可以推斷，自分散系數(shù))exp(RTQDQ稱為分散活化能。稱為分散活化能。:l普通說來，分散相與分散介質性質差別越大普通說來，分散相與分散介質性質差別越大,分散系數(shù)也越大。分散系數(shù)也越大。 這是由于當分散介質原子附近的應力場發(fā)生畸變時，就較易構成這是由于當分散介質原子附近的應力場發(fā)生畸變時，就較易構成空位和降低分散活化能而有利于分散。故分散原子與介質原子間性空位和降低分散活化能而有利于分散。故分散原子與介質原子間性質差別越大，引起應力場

27、的畸變也愈烈，分散系數(shù)也就愈大。質差別越大，引起應力場的畸變也愈烈，分散系數(shù)也就愈大。1分散物質的性質的影響分散物質的性質的影響:金屬在鉛中的分散系數(shù)金屬在鉛中的分散系數(shù):l 有的金屬有同素異構轉變，晶體構造改動后有的金屬有同素異構轉變，晶體構造改動后D明顯改動。明顯改動。l 例：在同樣溫度下，例：在同樣溫度下，N，Ni 等在等在 -Fe中的分散系數(shù)比中的分散系數(shù)比-Fel 中大中大1000 倍以上倍以上l 緣由：緣由： -Fe為非密堆構造，間隙原子易遷移。為非密堆構造，間隙原子易遷移。l 但滲碳都是在但滲碳都是在-Fe中進展中進展l 1 、-Fe中的中的C的溶解度比的溶解度比 -Fe中大中大

28、100倍以上，濃度倍以上，濃度梯度大梯度大l 2 、區(qū)溫度高區(qū)溫度高:l通常，分散介質構造越嚴密，分散越困難，反之亦然。通常，分散介質構造越嚴密，分散越困難，反之亦然。l在一定溫度下，鋅在具有體心立方點陣構造在一定溫度下，鋅在具有體心立方點陣構造(單位晶胞中含單位晶胞中含2個原子個原子)的的-黃銅中的分散系數(shù)大于具有在面心立方點陣構造黃銅中的分散系數(shù)大于具有在面心立方點陣構造(單位晶胞中含單位晶胞中含4個原子個原子)時時-黃銅中的分散系數(shù)。黃銅中的分散系數(shù)。l對于構成固溶體系統(tǒng)，那么固溶體構造類型對分散有著顯著影響。對于構成固溶體系統(tǒng)，那么固溶體構造類型對分散有著顯著影響。l間隙型固溶體比置換

29、型容易分散。間隙型固溶體比置換型容易分散。2分散介質構造的影響分散介質構造的影響鍵力越強，分散活化能越高，分散系數(shù)越小。鍵力越強，分散活化能越高，分散系數(shù)越小。:l間隙型固溶體比置換型固溶體容易分散，由于間隙分散機間隙型固溶體比置換型固溶體容易分散，由于間隙分散機制的分散活化能小于置換型分散活化能。制的分散活化能小于置換型分散活化能。l間隙型固溶體中間隙原子已位于間隙位置，而置換型固溶間隙型固溶體中間隙原子已位于間隙位置，而置換型固溶體中溶質原子經(jīng)過空位機構分散時，需求首先構成空位，因此活體中溶質原子經(jīng)過空位機構分散時，需求首先構成空位，因此活化能高?；芨摺置換型固溶體中，組成原子間尺寸差

30、別越小，電負性相關置換型固溶體中，組成原子間尺寸差別越小，電負性相關越大，親和力越強，那么分散越困難。越大，親和力越強，那么分散越困難。:晶體學各向異性晶體學各向異性l 點陣對稱性較差的金屬，其各個晶體學方向的分散系點陣對稱性較差的金屬，其各個晶體學方向的分散系數(shù)是有差別的。數(shù)是有差別的。l 例：密排六方金屬沿例：密排六方金屬沿c軸和軸和a 軸的分散系數(shù)即有差別。軸的分散系數(shù)即有差別。l 緣由：不同晶體學方向的原子陳列、點陣陳列方式都緣由：不同晶體學方向的原子陳列、點陣陳列方式都能夠不同，導致了原子遷移難易不同。能夠不同，導致了原子遷移難易不同。l 多晶體，相鄰晶粒取向不同可引起晶粒之間的分散

31、速多晶體，相鄰晶粒取向不同可引起晶粒之間的分散速度不同。度不同。:l實驗闡明，在金屬資料和離子晶體中，原子或離子在晶界上分散遠比實驗闡明，在金屬資料和離子晶體中，原子或離子在晶界上分散遠比在晶粒內部分散來得快。在晶粒內部分散來得快。l某些氧化物晶體資料的晶界對離子的分散有選擇性的添加作用，如在某些氧化物晶體資料的晶界對離子的分散有選擇性的添加作用，如在Fe2O3，、，、CoO、SrTiO3，資料中晶界或位錯有添加，資料中晶界或位錯有添加O2-離子的分散離子的分散作用，而在作用，而在BeO、UO2、Cu2O和和(Zr，Ca)O2等資料中那么無此效應等資料中那么無此效應。3位錯、晶界和外表等構造缺

32、陷的影響位錯、晶界和外表等構造缺陷的影響位錯、晶界和外表的原子位能總高于正常晶格上的原子，其分位錯、晶界和外表的原子位能總高于正常晶格上的原子，其分散所需的活化能也較小，相應的分散系數(shù)較大。因此，位錯、晶界和散所需的活化能也較小，相應的分散系數(shù)較大。因此，位錯、晶界和外表往往會成為原子分散的快速通道。外表往往會成為原子分散的快速通道。:l外表、界面分散系數(shù)大，但因界面區(qū)域占分散面積的分數(shù)較小外表、界面分散系數(shù)大，但因界面區(qū)域占分散面積的分數(shù)較小，普通可忽略，但當晶粒尺寸小到，普通可忽略，但當晶粒尺寸小到10m以下時，外表分散與體積分以下時，外表分散與體積分散具有一樣程度的重要或更為重要，此時，

33、彎曲外表的額外推進力也散具有一樣程度的重要或更為重要，此時，彎曲外表的額外推進力也變得重要。變得重要。l位錯：僅在溫度相當?shù)蜁r影響才干覺察。位錯：僅在溫度相當?shù)蜁r影響才干覺察。l晶界：普通晶界使分散作用加強，詳細情況較為復雜。有時，晶界：普通晶界使分散作用加強，詳細情況較為復雜。有時，僅有一種離子優(yōu)先分散，這與晶界電荷有關，即與晶界電荷符號一樣僅有一種離子優(yōu)先分散，這與晶界電荷有關，即與晶界電荷符號一樣的離子有優(yōu)先分散的加強作用。的離子有優(yōu)先分散的加強作用。:Ag的自分散系數(shù)的自分散系數(shù)Db，晶界分散系數(shù)，晶界分散系數(shù)Dg和外表分散系數(shù)和外表分散系數(shù)Ds:晶體缺陷可促進分散。點、線、面缺陷均如

34、此。晶體缺陷可促進分散。點、線、面缺陷均如此。l 分散途徑：體分散，位錯分散，晶界分散，外表分散。分散途徑：體分散，位錯分散，晶界分散，外表分散。l 短路分散：除體分散外的其他分散途徑。短路分散：除體分散外的其他分散途徑。l 短路分散比體分散快得多，在低溫時其作用更大。短路分散比體分散快得多，在低溫時其作用更大。l 緣由：缺陷處原子能量高，分散激活能小。緣由：缺陷處原子能量高，分散激活能小。:l對于大多數(shù)適用晶體資料，由于其或多或少地含有一定量的雜質以及具有對于大多數(shù)適用晶體資料，由于其或多或少地含有一定量的雜質以及具有一定的熱歷史，因此溫度對其分散系數(shù)的影響往往不完全象圖所示的那樣一定的熱歷

35、史，因此溫度對其分散系數(shù)的影響往往不完全象圖所示的那樣，1nD1T間均成直線關系，而能夠出現(xiàn)曲線或者不同溫度區(qū)間出現(xiàn)不間均成直線關系，而能夠出現(xiàn)曲線或者不同溫度區(qū)間出現(xiàn)不同斜率的直線段。這一差別主要是由于活化能隨溫度變化所引起的。同斜率的直線段。這一差別主要是由于活化能隨溫度變化所引起的。4溫度的影響溫度的影響分散系數(shù)對溫度非常敏感，溫度越高，分散系數(shù)越大。分散系數(shù)對溫度非常敏感，溫度越高，分散系數(shù)越大。溫度是分散系數(shù)的最主要要素。溫度是分散系數(shù)的最主要要素。如固相線附近的置換型固溶體如固相線附近的置換型固溶體D10-810-9cm2/s，間隙型固溶體，間隙型固溶體D10-510-6cm2/s

36、，而在室溫時分別為，而在室溫時分別為10-2010-50cm2/s和和10-1010-30cm2/s。因此實踐分散過程，特別是置換型固溶體的分散過程，只能。因此實踐分散過程，特別是置換型固溶體的分散過程，只能在高溫下進展，在室溫下是很慢進展的。在高溫下進展，在室溫下是很慢進展的。:例：碳在例：碳在-Fe中的分散，中的分散， D0=2.0 10-5m2sec-1 Q140103Jmol -1在在927，在在1027 ，即溫度升高即溫度升高100，D增大到原來的三倍。增大到原來的三倍。:l一些常見氧化一些常見氧化物中參與構成物中參與構成氧化物的陽離氧化物的陽離子或陰離子的子或陰離子的分散系數(shù)隨溫分散系數(shù)隨溫度的變化關系度的變化關系。分散系數(shù)與溫度的關系分散系數(shù)與溫度的關系:D(cm2/s-1)1000/T(k-1)NaCaSi硅酸鹽中陽離子的分散系數(shù)硅酸鹽中陽離子的分散系數(shù):u利用雜質對分散的影響是人們改善分散的主要途徑。利用雜質對分散的影響是人們改善分散的主要途徑。u普通而言，高價陽離子的引入可呵斥晶格中出現(xiàn)陽離子空位和呵斥晶普通而言，高價陽離子的引入可呵斥晶格中出現(xiàn)陽離子空位和呵斥晶格畸變，從而使陽離子分散系數(shù)增大。且當雜質含量添加，非本征分格畸變，從而使陽離子分散系數(shù)增大。且當雜質含量添加，非本征分散與本征分散溫度轉機點升高散與本征分