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第8章 固体的扩散与表面化学.pdf

发布:2017-10-03约字共68页下载文档
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第八章 固体的扩散与表面化学 1 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。 2 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。 3 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。 4 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。 5 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 6 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 7 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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