7.2 扩散的微观机制(2)
7.2.1 间隙扩散
在间隙固溶体中溶质原子的扩散是从一个间隙位置跳到近邻的另一间隙位置,发生间隙扩散(图7-7)。图中(a)表示溶质原子的原始位置,(b)表示跳动后的位置。在跳动时,溶质原子必须把阵点周围相邻阵点的原子挤开,使晶格发生局部的瞬时畸变,这部分畸变能便是溶质原子跳动时所必须克服的势垒。对于间隙型固溶体,溶质原子无疑是通过间隙机制进行扩散的,如H、N、O、C等原子都是以间隙机制在金属中扩散。
2.空位扩散机制
空位扩散机制(图7-9)认为晶体中存在的大量空位在不断移动位置。扩散原子近邻有空位时,它可以跳入空位,而该原子位置成为一个空位。这种跳动越过的势垒不大。当近邻又有空位时,它又可以实现第二次跳动。实现空位扩散有两个条件即扩散原子近邻有空位,该原子具有可越过势垒的自由能。
空位扩散机制能很好地解释柯肯达尔效应,被认为是置换扩散的主要方式。在柯肯达尔实验中因镍原子比铜原子扩散的快,所以有一个净镍原子流越过钨丝流向铜一侧,同时有一个净空位流过钨丝流向镍一侧。这样必使铜一侧空位浓度下降(低于平衡浓度),使镍一侧空位浓度增高(高于平衡浓度)。当两侧空位浓度恢复到平衡浓度时,铜一侧将因空位增加而伸长,镍一侧将因空位减少而缩短,这相当于钨丝向镍一侧移动了一段距离。
总之,在置换型固溶体中,主要是空位扩散机制在起作用,在间隙固溶体中是间隙扩散机制起主要作用。
(本节完)
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