材料物理材料的固態(tài)擴(kuò)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(jī)制分散機(jī)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(dāng)固體中有不同種粒子同時(shí)存在時(shí)，粒子由高濃度處向濃當(dāng)固體中有不同種粒子同時(shí)存在時(shí)，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(shí)由法拉第發(fā)現(xiàn)的，并鉑合金時(shí)由法拉第發(fā)現(xiàn)的，并在合金方面得到了迅速的運(yùn)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(yùn)用和開展。在硅酸鹽資料的消費(fèi)和研討中，分散對于固相反響、燒結(jié)、析晶、分相以及費(fèi)和研討中，分散對于固相反響、燒結(jié)、析晶、分相以及熔化等動力學(xué)過程有非常重要的意義，并且對資料的性質(zhì)熔化等動力學(xué)過程有非常重要的意義，并且對資料的性質(zhì)有艱苦影響。有艱苦影響。:l 分散：物質(zhì)中原子或分子遷移的景象。分散：物質(zhì)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(fù)，再結(jié)晶等都與分散親密相關(guān)。合金化，冷變形金屬的回復(fù)，再結(jié)晶等都與分散親密相關(guān)。l 人們關(guān)注的分散問題：人們關(guān)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(guān)系。與外界條件的關(guān)系。l 微觀機(jī)制：分散如何進(jìn)展微觀機(jī)制：分散如何進(jìn)展分散時(shí)原子的詳細(xì)行為，如分散時(shí)原子的詳細(xì)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(yùn)動而引起的物質(zhì)傳送。分散是一種遷移過程，是由于熱運(yùn)動而引起的物質(zhì)傳送。當(dāng)粒子在介質(zhì)中分布不均勻并存在濃度梯度時(shí)，介質(zhì)中將產(chǎn)當(dāng)粒子在介質(zhì)中分布不均勻并存在濃度梯度時(shí)，介質(zhì)中將產(chǎn)生使?jié)舛融呌诰鶆虻亩ㄏ蚍稚⒘鳌Ｉ節(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(nèi)部進(jìn)展的分散稱為體分散；在外表進(jìn)展的分散稱為外

4、在晶粒內(nèi)部進(jìn)展的分散稱為體分散；在外表進(jìn)展的分散稱為外表分散；沿晶界進(jìn)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(jìn)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(xué)過程。克第一和第二定律，又稱為分散過程的動力學(xué)過程。 分散的推進(jìn)力分散的推進(jìn)力 當(dāng)不存在外場

5、時(shí)，晶體中粒子的遷移完全是由于熱振動當(dāng)不存在外場時(shí)，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(gòu)成定向引起的。只需在外場作用下，這種粒子的遷移才干構(gòu)成定向的分散流。也就是說，構(gòu)成定向分散流必需求有推進(jìn)力，這的分散流。也就是說，構(gòu)成定向分散流必需求有推進(jìn)力，這種推進(jìn)力通常是由濃度梯度提供的。種推進(jìn)力通常是由濃度梯度提供的。:l 分散通量分散通量單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位橫截面的粒子數(shù)。用單位時(shí)間內(nèi)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(shí)間時(shí)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(xué)方程分散動力學(xué)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(shí)間內(nèi)穩(wěn)定分散是指在垂直分散方向的任一平面上，單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過該平面單位面積的粒子數(shù)一定，即任一點(diǎn)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(diǎn)的濃度不隨時(shí)間而變化，時(shí)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(zhì)在分散介質(zhì)中濃度隨時(shí)間發(fā)生變不穩(wěn)定分散是指分散物質(zhì)在分散介質(zhì)中濃度隨時(shí)間發(fā)生變化。分散通量與位置有關(guān)?；７稚⑼颗c位置有關(guān)。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(dǎo)熱方年建立的導(dǎo)熱方程，獲得了描畫物質(zhì)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(zhì)從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移的定量公式。l 假設(shè)有一單相固溶體，橫截面積為假設(shè)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(shí)間內(nèi)，經(jīng)時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過單位截面的所遷移的物質(zhì)的量與濃度梯度成正比：過單位截面的所遷移的物質(zhì)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(zhì)原子的分布分散過程中溶質(zhì)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(shí)辰沿軸的濃度梯度，是是同一時(shí)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(zhì)原子流動的方向與濃溶質(zhì)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(yùn)用菲克第一定律的運(yùn)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?xì)獾募冭F圓筒，外通脫碳?xì)怏w，內(nèi)通滲碳?xì)怏w，加熱至體，內(nèi)通滲碳?xì)怏w，加熱至相相保溫，碳原子由內(nèi)向外分散。加保溫，碳原子由內(nèi)向外分散。加熱時(shí)間

9、足夠長時(shí)可到達(dá)穩(wěn)定形狀，熱時(shí)間足夠長時(shí)可到達(dá)穩(wěn)定形狀，沿筒壁截面各點(diǎn)的碳濃度為定值，沿筒壁截面各點(diǎn)的碳濃度為定值，不隨時(shí)間改動，即不隨時(shí)間改動，即l 此時(shí)圓筒本身不再吸碳，在恣意時(shí)間間隔此時(shí)圓筒本身不再吸碳，在恣意時(shí)間間隔t內(nèi)分散出的碳量內(nèi)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(diǎn)的濃度，做出可測筒壁各點(diǎn)的濃度，做出Cln r曲線，可知各點(diǎn)的曲線，可知各點(diǎn)的因此因此D可求出?？汕蟪?。實(shí)踐上實(shí)踐上 D是與濃度是與濃度C有

10、關(guān)的，所以有關(guān)的，所以 Cln r 關(guān)系為曲線。各關(guān)系為曲線。各濃度下的濃度下的D實(shí)踐上是由實(shí)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(shí)間。未達(dá)穩(wěn)態(tài)，各時(shí)辰的濃度梯度是變化的，不能計(jì)算。為時(shí)間。未達(dá)穩(wěn)態(tài)，各時(shí)辰的濃度梯度是變化的，不能計(jì)算。u實(shí)踐分散過程多為非穩(wěn)態(tài)分散，此時(shí)只需用菲克第二定律實(shí)踐分散過程多為非穩(wěn)態(tài)分散，此時(shí)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(dǎo)的推導(dǎo) 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(zhì)流入速率：物質(zhì)流入速率：J1A， 物質(zhì)流出速率：物質(zhì)流出速率：物質(zhì)積存速率：物質(zhì)積存速率：:又知物質(zhì)積存速率：又知物質(zhì)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(shè)假定假設(shè)假定D與濃度無關(guān)，那么：與濃度無關(guān)，那么：l 實(shí)踐上實(shí)踐上D與濃度有關(guān)，但為方便求解，往往把與濃度有關(guān)，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(shí)辰恣意點(diǎn)的濃度。，即恣意時(shí)辰恣意點(diǎn)的濃度。:菲克第二定律運(yùn)用舉例菲克第二定律運(yùn)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(yùn)用分散第二方程的解在滲碳上的運(yùn)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(shí)滿足兩方面的要求用低碳鋼滲碳可同時(shí)滿足兩方面的要求 化學(xué)熱處置外表合金化化學(xué)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?xì)夥战?jīng)過分散滲碳：經(jīng)過不同的方法呵斥一定濃度的滲碳?xì)夥战?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(shè)加熱溫度一定，外表鋼中的含碳量，假設(shè)加熱溫度一定，外表鋼中的含碳量經(jīng)一定時(shí)間后可達(dá)定值經(jīng)一定時(shí)間后可達(dá)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(fèi)和研討中，常遇到以下兩類分散問題：在硅酸鹽資料消費(fèi)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(shí)間確定在一定時(shí)間t內(nèi)滲入或流出的粒子量。內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(guān)外，主要決議于粒子在晶體中的不同關(guān)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(xì)方式。處境和粒子在晶體中遷移的詳細(xì)

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(zhǔn)間隙分散：間隙粒子把處于正常晶格位置的粒子擠出，準(zhǔn)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(jī)制晶體中粒子遷移的方式即粒子發(fā)生分散的物理機(jī)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(zhǔn)間隙分散準(zhǔn)

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(jī)理，其空位分散是最常見的分散機(jī)理，其次是間隙分散和準(zhǔn)間隙分散。次是間隙分散和準(zhǔn)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(shí)，溶質(zhì)原子要從一個(gè)間隙位間隙固溶體發(fā)生間隙分散時(shí)，溶質(zhì)原子要從一個(gè)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(shí)原子，使晶格發(fā)生瞬時(shí)畸變，這應(yīng)變能就是跳動的阻力。畸變，這應(yīng)變能就是跳動的阻力。間隙原子跳動時(shí)必間隙原子跳動時(shí)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(gòu)造不清楚，且不能夠制成單純是晶界的試樣大角晶界的構(gòu)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(jī)制的分散不易研討，研討晶界處的分散系數(shù)，所以此種機(jī)制的分散不易研討，可用放射性同位素用示蹤原子法進(jìn)展研討。可用放射性同位素用示蹤原子法進(jìn)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(jìn)展。普通想象：位錯可以看成分散管道，使分散加速進(jìn)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(jī)制中，在各種分散機(jī)制中，l假設(shè)不存在外場作用時(shí)，晶體中粒子的遷移完全是由熱漲落引起的。假設(shè)不存在外場作用時(shí)，晶體中粒子的遷移完全是由熱漲落引起的。l當(dāng)有外場作用時(shí)，粒子的遷移就會構(gòu)成定向的分散流，通常這種外場作當(dāng)有外場作用時(shí)，粒子的遷移就會構(gòu)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(kuò)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(kuò)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(jìn)力應(yīng)是系統(tǒng)的化學(xué)勢梯度。分散推進(jìn)力應(yīng)是系統(tǒng)的化學(xué)勢梯度。:l分散系數(shù)是物質(zhì)的一個(gè)物性目的，可作為表征分散的一個(gè)參量，它分散系數(shù)是物質(zhì)的一個(gè)物性目的，可作為表征分散的一個(gè)參量，它不僅與分散機(jī)制而且與分散介質(zhì)和外界條件都相關(guān)。不僅與分散機(jī)制而且與分散介質(zhì)和外界條件都相關(guān)。:l對晶體而言，分散是原子或缺陷從一個(gè)平衡位置

20、遷移到另一個(gè)平衡對晶體而言，分散是原子或缺陷從一個(gè)平衡位置遷移到另一個(gè)平衡位置的過程，而且是許多原子進(jìn)展無數(shù)次遷移的結(jié)果。位置的過程，而且是許多原子進(jìn)展無數(shù)次遷移的結(jié)果。l假設(shè)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(guān)假設(shè)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(guān)，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(shí)間內(nèi)經(jīng)時(shí)間內(nèi)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(shè)各個(gè)躍遷矢量相等且方向無序的假設(shè)各個(gè)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(xiàng)中第二項(xiàng)為零，由于為零，由于Sj和和Sk平均值的正值和負(fù)平均值的正值和負(fù)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(zhì)中，粒子經(jīng)過濃度梯度的介質(zhì)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(shí)間，單位截面積上的故單位時(shí)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(shí)間內(nèi)原子的躍遷次數(shù)，是單位時(shí)間內(nèi)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(jī)理中，只需當(dāng)臨近的結(jié)點(diǎn)上有空位時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才可以躍遷。所在空位分散機(jī)理中，只需當(dāng)臨近的結(jié)點(diǎn)上有空位時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才可以躍遷。所以單位時(shí)間內(nèi)空位的躍遷次數(shù)以單位時(shí)間內(nèi)空位的躍遷次數(shù)(n/t )與晶體內(nèi)的空位濃度或缺陷濃度與晶體內(nèi)的空位濃度或缺陷濃度(Nd)、質(zhì)、質(zhì)點(diǎn)躍遷到臨近空位的躍遷頻率點(diǎn)躍遷到臨近空位的躍遷頻率(

23、)以及與可供空位躍遷的結(jié)點(diǎn)數(shù)以及與可供空位躍遷的結(jié)點(diǎn)數(shù)(Z)有關(guān)，即：有關(guān)，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(shè)系統(tǒng)不存在著定向推進(jìn)力條件下進(jìn)展的分散過程中，粒子不是假設(shè)系統(tǒng)不存在著定向推進(jìn)力條件下進(jìn)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(guān)次遷移都和前一次遷移無關(guān)。稱這種分散時(shí)的系數(shù)。稱這種分散時(shí)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(gè)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(gè)空位都可以向周圍空位都可以向周圍12個(gè)原子中任個(gè)原子中任個(gè)易位，故遷移方向是無序的。個(gè)易位，故遷移方向是無序的。l但是對于一個(gè)給定的原子要遷移到此空位，其幾率只需但是對于一個(gè)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(gè)原子也能夠遷移，此處每個(gè)原子的遷移都和先前原子的遷移相關(guān)個(gè)原子也能夠遷移，此處每個(gè)原子的遷移都和先前原子的遷移相關(guān)。l因此在同一系統(tǒng)中對某個(gè)指定原子，其分散的系數(shù)要思索一個(gè)相關(guān)性因因此在同一系統(tǒng)中對某個(gè)指定原子，其分散的系數(shù)要思索一個(gè)相關(guān)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(gè)相關(guān)性因子一個(gè)相關(guān)性因子f，對于面心立立方構(gòu)造，對于面心立立方構(gòu)造f=0.78。:由空位機(jī)理產(chǎn)生的對示蹤原子的相關(guān)系數(shù)由空位機(jī)理產(chǎn)生的對示蹤原子的相關(guān)系數(shù) 結(jié)構(gòu)類型 配位數(shù) 相關(guān)系數(shù) 金剛石 簡單立方結(jié)構(gòu) 體心立方結(jié)構(gòu) 面心立方結(jié)構(gòu) 六方密堆積結(jié)構(gòu) 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(zhì)的性質(zhì)分散物質(zhì)的性質(zhì)l2分散介質(zhì)構(gòu)造分散介質(zhì)構(gòu)造l3位錯、晶界和外表位錯、晶界和外表l4溫度溫度l5雜質(zhì)雜質(zhì)l6

26、氣氛氣氛l7濃度濃度 根據(jù)點(diǎn)缺陷的構(gòu)成規(guī)律及由質(zhì)量作用定律確定點(diǎn)缺陷的濃度等原根據(jù)點(diǎn)缺陷的構(gòu)成規(guī)律及由質(zhì)量作用定律確定點(diǎn)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(zhì)性質(zhì)差別越大普通說來，分散相與分散介質(zhì)性質(zhì)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(dāng)分散介質(zhì)原子附近的應(yīng)力場發(fā)生畸變時(shí)，就較易構(gòu)成這是由于當(dāng)分散介質(zhì)原子附近的應(yīng)力場發(fā)生畸變時(shí)，就較易構(gòu)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(zhì)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(zhì)原子間性質(zhì)差別越大，引起應(yīng)力場

27、的畸變也愈烈，分散系數(shù)也就愈大。質(zhì)差別越大，引起應(yīng)力場的畸變也愈烈，分散系數(shù)也就愈大。1分散物質(zhì)的性質(zhì)的影響分散物質(zhì)的性質(zhì)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(gòu)轉(zhuǎn)變，晶體構(gòu)造改動后有的金屬有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，晶體構(gòu)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(gòu)造，間隙原子易遷移。為非密堆構(gòu)造，間隙原子易遷移。l 但滲碳都是在但滲碳都是在-Fe中進(jìn)展中進(jìn)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(zhì)構(gòu)造越嚴(yán)密，分散越困難，反之亦然。通常，分散介質(zhì)構(gòu)造越嚴(yán)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(diǎn)陣構(gòu)造在一定溫度下，鋅在具有體心立方點(diǎn)陣構(gòu)造(單位晶胞中含單位晶胞中含2個(gè)原子個(gè)原子)的的-黃銅中的分散系數(shù)大于具有在面心立方點(diǎn)陣構(gòu)造黃銅中的分散系數(shù)大于具有在面心立方點(diǎn)陣構(gòu)造(單位晶胞中含單位晶胞中含4個(gè)原子個(gè)原子)時(shí)時(shí)-黃銅中的分散系數(shù)。黃銅中的分散系數(shù)。l對于構(gòu)成固溶體系統(tǒng)，那么固溶體構(gòu)造類型對分散有著顯著影響。對于構(gòu)成固溶體系統(tǒng)，那么固溶體構(gòu)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(zhì)構(gòu)造的影響分散介質(zhì)構(gòu)造的影響鍵力越強(qiáng)，分散活化能越高，分散系數(shù)越小。鍵力越強(qiáng)，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(jī)間隙型固溶體比置換型固溶體容易分散，由于間隙分散機(jī)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(zhì)原子經(jīng)過空位機(jī)構(gòu)分散時(shí)，需求首先構(gòu)成空位，因此活體中溶質(zhì)原子經(jīng)過空位機(jī)構(gòu)分散時(shí)，需求首先構(gòu)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(fù)性相關(guān)置換型固溶體中，組成原子間尺寸差別越小，電負(fù)性相關(guān)越大，親和力越強(qiáng)，那么分散越困難。越大，親和力越強(qiáng)，那么分散越困難。:晶體學(xué)各向異性晶體學(xué)各向異性l 點(diǎn)陣對稱性較差的金屬，其各個(gè)晶體學(xué)方向的分散系點(diǎn)陣對稱性較差的金屬，其各個(gè)晶體學(xué)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(xué)方向的原子陳列、點(diǎn)陣陳列方式都緣由：不同晶體學(xué)方向的原子陳列、點(diǎn)陣陳列方式都能夠不同，導(dǎo)致了原子遷移難易不同。能夠不同，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)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(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)比在晶粒內(nèi)部分散來得快。在晶粒內(nèi)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(yīng)等資料中那么無此效應(yīng)。3位錯、晶界和外表等構(gòu)造缺

32、陷的影響位錯、晶界和外表等構(gòu)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(yīng)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(yīng)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)較小，普通可忽略，但當(dāng)晶粒尺寸小到，普通可忽略，但當(dāng)晶粒尺寸小到10m以下時(shí)，外表分散與體積分以下時(shí)，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(shí)，

33、彎曲外表的額外推進(jìn)力也散具有一樣程度的重要或更為重要，此時(shí)，彎曲外表的額外推進(jìn)力也變得重要。變得重要。l位錯：僅在溫度相當(dāng)?shù)蜁r(shí)影響才干覺察。位錯：僅在溫度相當(dāng)?shù)蜁r(shí)影響才干覺察。l晶界：普通晶界使分散作用加強(qiáng)，詳細(xì)情況較為復(fù)雜。有時(shí)，晶界：普通晶界使分散作用加強(qiáng)，詳細(xì)情況較為復(fù)雜。有時(shí)，僅有一種離子優(yōu)先分散，這與晶界電荷有關(guān)，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(guān)，即與晶界電荷符號一樣的離子有優(yōu)先分散的加強(qiáng)作用。的離子有優(yōu)先分散的加強(qiáng)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(jìn)分散。點(diǎn)、線、面缺陷均如

34、此。晶體缺陷可促進(jìn)分散。點(diǎn)、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(shí)其作用更大。短路分散比體分散快得多，在低溫時(shí)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(zhì)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(zhì)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(guān)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(guān)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(shí)分別為，而在室溫時(shí)分別為10-2010-50cm2/s和和10-1010-30cm2/s。因此實(shí)踐分散過程，特別是置換型固溶體的分散過程，只能。因此實(shí)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(jìn)展，在室溫下是很慢進(jìn)展的。在高溫下進(jìn)展，在室溫下是很慢進(jìn)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(gòu)成物中參與構(gòu)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(guān)系度的變化關(guān)系。分散系數(shù)與溫度的關(guān)系分散系數(shù)與溫度的關(guān)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(zhì)對分散的影響是人們改善分散的主要途徑。利用雜質(zhì)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(jià)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(jià)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(dāng)雜質(zhì)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(dāng)雜質(zhì)含量添加，非本征分散與本征分散溫度轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)升高散與本征分