固体物理--点缺陷 20.2 扩散

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1、斐克定律(Fick’slaw)当固体中出现杂质原子或空位的浓度梯度时，杂质原子或空位通过晶体而流动。平衡态下，杂质或空位的分布是均匀的。斐克定律：固体中某一种原子的净通量（流密度），即单位时间内通过单位面积的原子数D:扩散常数或扩散率▽N:浓度N的梯度这个扩散定律的形式常常是适用的；但严格讲扩散的驱动力是化学势梯度，而非单纯的浓度梯度1绕一个中点的旋转换位扩散的三种基本机制通过间隙位置迁徙同时发生旋转的可多于两个原子原子与空位交换位置2扩散常数随温度的变化规律E代表过程的激活能碳在铁中的扩散系数3为了进行扩散，原子必须克服由近邻原子所产生的势垒。考虑

2、间隙位置上杂质原子的扩散(对于空位扩散，结果仍适用)如果势垒的高度为E，则原子仅在比例为的那部分时间内具有足够的热能越过势垒。量子隧穿是另一种可能的过程，但一般只有对轻的核才是显著的在1s内的某时刻原子具有足够热能越过势垒的概率n：原子的特征振动频率称为跳迁频率41s内由一平面越至第二平面的净原子数约为考虑处在间隙位置上的杂质原子所构成的两平行平面，其间距等于晶格常量a若杂质原子的总浓度为N，则一个平面内单位面积上的s=aN平面内的杂质原子数这样，扩散通量为5求得离子迁移率和电导率若杂质带有电荷，则可利用爱因斯坦关系在某个当空位的数目由二价金属离子的

3、数目决定的温度范围内空位的比例分数不依赖于温度，这样lns-1/kBT曲线的斜率即给出正离子空位跳迁的激活能E+6在低温下扩散极其缓慢。在缺陷浓度由热产生所决定的温度范围内，空位的比例分数可知lns-1/kBT曲线的斜率表示Ef：空位对的生成能这样由电导率由不同温度范围内所作的测量，可定出空位对生成能Ef和跳迁激活能E+720.2.1金属单原子金属中的自扩散最通常是借助于晶格空位进行自扩散指金属原子本身的扩散，而非杂质原子的扩散8