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第八章 固体的扩散与表面化学
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8.1 引 言
人们对于扩散并不陌生,如气体的扩散。
同样在固体中也存在有原子的输运和不断混合的
作用。但固体中原子的扩散要比气体中原子的扩散慢
得多。这主要是由于固体中原子之间有一定的结构和
很大的内聚力的原故。
扩散现象是由于物质中存在浓度梯度、化学势梯
度、温度梯度和其它梯度所引起的杂质原子、基质原
子或缺陷的物质输运过程。
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8.1 引 言
从热力学的角度看,只有在绝对零度下才没有
扩散。
每一种凝聚态物质都有它的表面和界面,许多相
转变都是首先在界面上发生的。
在表面上由于所需要的活化能最小,所以一些化
学反应也总是从表面上开始发生的。
同一化学反应,在表面上进行的速度比在固态物
相内部进行的速度快几个数量级。
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8.1 引 言
几乎所有的电化学反应都是在固- 液界面上进行的。
石油化工中的催化反应也是在固- 气界面进行的。
许多重要的生化反应也都是发生在生物膜的界面
上。
另外,固体表面又是材料防腐蚀或损伤的重要防
线。所以人们想方设法使固体表面钝化,使之不易发
生化学反应。
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8.2 扩散的机理
所谓扩散是指原子或分子作无规则的运动,逐渐
远离原来位置的现象。因此,原子或分子只限于一个
方向运动时(如原子束)不叫扩散。
在发生无规则的运动时,若扩散的途中有某些障
碍物,就会改变扩散原子、分子移动的方向。而障碍
物越大,数目越多,原子或分子无规则运动所需时间
就越长,扩散速度越慢。
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8.2 扩散的机理
扩散机理可有以下几种:
(1)晶格间隙机理
(2 )空位机理
(3 )离解机理
(4 )环形机理
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8.2 扩散的机理
(1)晶格间隙机理
处于间隙位置的质点从一间隙位移入另一邻
近间隙位,必然引起质点周围晶格的变形。
晶格间隙机理分为三种形式:
①直接间隙扩散
② 间接直线间隙扩散
③ 间接非直线间隙扩散
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8.2 扩散的机理
①直接间隙扩散
例如,在某些固溶体中, 杂质原子的扩散可
在晶格间隙的位置之间运动。
处于间隙位置的杂质原子可以从
一个间隙直接跳到相邻的另一个
间隙位置上
Fe -C体系中的C原子在-Fe
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