材料科学基础 教学课件 作者 王章忠 1_ 第七章　固体材料中的原子扩散.ppt

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1、第七章　固体材料中的原子扩散第一节　扩散定律一、稳态扩散与菲克第一定律二、非稳态扩散与菲克第二定律三、扩散方程的实际应用第二节　扩散机制一、扩散微观机制二、原子随机跃迁与扩散系数表达式三、扩散激活能第三节　反应扩散第四节　影响扩散的因素一、稳态扩散与菲克第一定律图7-2　溶质原子的流动方向与浓度梯度的关系第一节　扩散定律二、非稳态扩散与菲克第二定律图7-3　单向扩散通过微小体积单元三、扩散方程的实际应用(一)稳态扩散中扩散第一方程的解图7-?4　在1000℃碳通过薄壁铁管稳定扩散时的C-ｌｎR图(二)非稳态扩散中扩散第二方程的解表7-1　β与对应的erf(β)值图7-?6

2、　扩散组元浓度随时间、位置的变化曲线图7-7　晶内偏析按正弦波表示(一)间隙机制图7-8　直接间隙机制示意图a)fcc晶体的八面体间隙　b)(100)晶面　c)原子的自由能与其位置的关系第二节　扩散机制(二)空位机制图7-10　空位扩散图7-10　空位扩散机制示意图图7-11柯肯达尔效应的实验样品(三)其他扩散机制图7-12　换位机制a)直接换位机制　b)环形换位机制二、原子随机跃迁与扩散系数表达式(一)原子随机跃迁的平均距离原子每次跃迁方向是随机的；各个跃迁矢量相，即

3、=…

4、r

5、r1

6、=

7、r2

8、=

9、rj

10、=r单个原子跃迁n次后的位移单个原子跃迁次后的位移Rn:次后的位移Rn=∑

11、rii=1n。原子迁移的平均距离又与时间的平方根成正比.移的平均距离又与时间的平方根成正比.Rn=rn=rΓt2(7)D=1/6Γa2Rn=2.4(二)扩散系数表达式三、扩散激活能(一)间隙扩散系数与扩散激活能扩散激活能是指杂质原子或者母体原子在固体（包括半导体）中扩散的激活能。扩散系数D与温度T之间存在指数函数关系：D=Doexp(－Ea/kT)，其中Ea就是原子扩散的激活能。扩散比较困难，并从而固体中原子的扩散通常需要在较高的温度下才能进行。只有那些半径较小的原子，在固体中是通过晶格间隙来扩散的，才具有较小的激活能（例如Au原子在Si中的扩散）。(二)空位扩散系数与扩散激活能

12、表7-2　几种常见扩散系统的和Q值(近似值)第三节　反应扩散一、反应扩散概述图7-13　Fe-N相图二、反应扩散的特点及控制因素图7-14　纯铁渗氮层的结构和氮含量变化a)结构　b)氮含量变化第四节　影响扩散的因素一、温度的影响二、原子键合力的影响三、固溶体类型的影响四、晶体结构的影响五、化学成分的影响六、晶体缺陷的影响