




版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
1、第三節(jié) 晶體中的擴散,7.3.1 擴散的宏觀規(guī)律,本節(jié)主要內容:,7.3.2 擴散的微觀機構,7.3 晶體中的擴散,擴散現(xiàn)象的本質是粒子無規(guī)則的布朗運動。晶體中的擴散是指原子在晶體中的遷移過程。,晶體的擴散,外來雜質原子在晶體中的擴散。,基質原子在晶體中的擴散,即自擴散。,擴散都是通過點缺陷的遷移來實現(xiàn)的,因而實際晶體中點缺陷的存在是擴散現(xiàn)象的前提條件。,7.3.1 擴散的宏觀規(guī)律,1.菲克第一定律,當晶體中某種粒子的濃度不均勻時,可產(chǎn)生從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴散,直到達到濃度均勻為止。,在擴散離子濃度不大的情況下,單位時間內通過單位面積的擴散粒子的量(簡稱擴散流密度):,D-擴散系數(shù);
2、C-擴散粒子的濃度(單位體積內擴散粒子的數(shù)目,也可以是原子數(shù)或任何其他標志物質數(shù)量的單位)(D和 的單位也隨之改變);,菲克第一定律,式中負號表示粒子從濃度高處向濃度低處擴散。,我們假設D是與濃度無關的常數(shù),則上式變?yōu)?2.菲克第二定律,菲克第二定律,上式的解與邊界條件有關,常用的邊界條件有如下兩種:,(1)在單位面積上有Q個粒子欲向晶體內部單方向擴散,邊界條件為:,而且時間足夠長時,晶體內部的擴散粒子總數(shù)為Q,即,在以上條件下, 式的解為,(2)擴散粒子在晶體表面維持一個不變的濃度C0,邊界條件為:,在此條件下, 式的解為,實驗得出D與溫度的關系為,實驗結果還表明D0與晶體的熔點Tm之間還存
3、在如下關系:,D0為常數(shù),稱為頻率因子,是擴散過程中的激活能。,7.3.2 擴散的微觀機構,從微觀角度來看,擴散運動是粒子的布朗運動,根據(jù)統(tǒng)計物理學原理我們已知,粒子的平均平方位移為:,其中等式右邊是在若干相等的時間間隔內,粒子的位移平方的平均值。,擴散過程的主要特點在于擴散系數(shù)與溫度T的關系。,在晶體中粒子的位移受晶格周期性的限制,其位移平方的平均值也與晶格周期有關。,晶體粒子的擴散有三種方式:離子以填隙原子的形式擴散;粒子借助于空位擴散;以上兩種方式并存。,1.空位機構,對于一個借助于空位進行擴散的正常格點上的原子,只有當相鄰的各點是空位時,它才可能跳躍一步,所需等待的時間是1。但被認定的
4、原子相鄰的一個格點為空位的概率是n1/N,所以它等待到相鄰這一格點為空位并跳到此空位所花的時間為:,對于簡單晶格,原子在這段時間內跳過一個晶格常量,所以有,從上式可以看出,擴散過程和熱激活過程相聯(lián)系。,u1+E1代表激活能,u1代表空位形成能,當u1小時,空位濃度大,有利于擴散進行;,E1是擴散原子與近鄰的空位交換位置所必須跨越的勢壘高度, E1小時,空位熱運動快。因此u1+E1小時,D的數(shù)值較大。,當溫度很低時,原子的振動能小,難以獲得足夠能量跳過勢壘E1;溫度很高時,晶格的振動能大,原子容易獲得足夠的能量跳過勢壘進行擴散。,2.填隙原子機構,一個借助于填隙原子進行擴散的正常格點上的原子,該
5、原子在A點等待了時間才跳到間隙位置變成填隙原子,然后從一個間隙位置跳到另一個間隙位置,當它落入與空位相鄰的間隙位置時,立即與空位復合,進入正常各點B。,我們計算一下該原子從A點到B點所需的時間,以及AB間的距離的平方。,設從A點到B點經(jīng)過f小步,每一小步的距離為xi(i=1,2,f),顯然,對于無規(guī)則運動,X的方向是完全雜亂的,必須按均方根值的辦法來求l,即,因為所有的小步都是完全獨立的,且如果f是個大數(shù),則,所以,與填隙原子相鄰的一個格點是空位的概率是n1/N, 因此填隙原子跳N/n1小步才能遇到一個空位與之復合,所以f=N/n1,如果把每一小步的距離都看作等于a,于是,從A點到B點所花費的
6、時間,其中2是原子從一個間隙位置跳到相鄰間隙位置要等待的時間,由于f是個大數(shù),因此上式可以略去1,,一般說來,u2大于u1,所以同樣溫度下,D1要比D2大得多。,其中N0是阿伏伽德羅常量,R是摩爾氣體常量,N0代表摩爾擴散的激活能。對于空位擴散機構,=u1+E1;對于填隙原子機構,=u2+E2。,因為以上模型過于理想化,實際晶體中的缺陷,還有線缺陷、面缺陷等,所以人們實驗測定的一些金屬的自擴散系數(shù)比理論值大幾個數(shù)量級。,3.雜質原子擴散,雜質原子擴散性質依賴于雜質原子在晶體中的存在方式。,當雜質原子以填隙原子的形式存在時,如果雜質原子與空位復合,由于雜質原子小,因此它比較容易再變成填隙原子,因此可以把雜質與空位的復合忽略掉。雜質原子的復合是從一個間隙位置跳到另一個間隙位置,每跳一步所花的時間為:,其中0為雜質原子的振動頻率,E是雜質原子從一個間隙跳到另一個間隙時所克服的晶格勢壘。,在此時間內,所以填隙式雜質原子的擴散系數(shù),設,因為N遠大于n2,所以,雜質原子的擴散系數(shù)比晶體填隙原子的自擴散系數(shù)要大得多。,例如氫、硼、碳、氮等以填隙的方式存在于鐵中,實驗得出在1100 時,它們在 -鐵中的擴散系數(shù)如下表。,當雜質原子以替代方式出現(xiàn)時,由于雜質原子占據(jù)了正常格點,所以其擴散的方式同自擴散更為近似,但由于外來原子和晶體中的基本原子
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 產(chǎn)學研合作中的知識產(chǎn)權管理與保護策略
- 福建省泉州市永春縣2024-2025學年物理八年級第一學期期末質量檢測模擬試題含解析
- 南昌艾溪湖中學2025屆化學九年級第一學期期末統(tǒng)考模擬試題含解析
- 南京市聯(lián)合體2024年化學九年級第一學期期末調研模擬試題含解析
- 城市智慧管網(wǎng)建設與運營管理
- 氫氣管道抗脆化行業(yè)新探索
- 2025至2030輪胎制造機械行業(yè)項目調研及市場前景預測評估報告
- 影視制作專業(yè)學生影視傳媒職業(yè)發(fā)展手冊
- 2025至2030全球及中國收入周期中期管理和臨床文檔改進行業(yè)運營態(tài)勢與投資前景調查研究報告
- 智慧城市建設中的新發(fā)展理念學習心得體會
- DLT 5035-2016 發(fā)電廠供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范
- DZ∕T 0201-2020 礦產(chǎn)地質勘查規(guī)范 鎢、錫、汞、銻(正式版)
- 小小科學家《物理》模擬試卷A(附答案)
- 《風電場項目經(jīng)濟評價規(guī)范》(NB-T 31085-2016)
- 弟子規(guī)注音A4直接打印版
- 金融學原理重點總結彭興韻
- 譯林版三年級英語上冊《全冊課件》ppt
- 反恐C-TPAT程序文件整套(通用)
- ma600學員座艙圖冊用戶培訓中心
- 液壓過濾器的設計和制造
- 《義務教育英語課程標準(2022年版)》自測題、綜合測試題、初中英語新課標過關抽測試卷及優(yōu)秀答卷(共17套附答案)
評論
0/150
提交評論