简答题

请简述晶体质点迁移扩散五种基本扩散形式,将其按扩散能垒的大小进行排序并说明原因。

【正确答案】

按照扩散能垒由大到小的顺序,晶体质点迁移扩散的五种基本形式为:易位扩散、环转易位扩散、准间隙扩散、间隙扩散和空位扩散。

理由:

1. 空位扩散过程仅需克服两个能垒:质点离开点阵正常位点和质点迁移至临近正常位点,所需能量最小;

2. 间隙扩散过程也需克服两个能垒:质点离开点阵正常位点和质点迁移至临近间隙位置。由于质点迁移至间隙位置的能垒高于其迁移至正常位点的能垒,所以间隙扩散的总能垒高于空位扩散的总能垒;

3. 准间隙扩散过程需克服三个能垒:一个质点由间隙位置迁移至正常位点、另一个质点离开点阵正常位点、该质点继续迁移至临近间隙位置。故准间隙扩散的总能垒高于间隙扩散的总能垒;

4. 环转易位扩散过程(三个质点为例)需克服四个能垒:质点1由正常位点迁移至间隙位置、质点2由正常位点迁移至原质点1所在正常位点、质点3由正常位点迁移至原质点2所在正常位点和质点1由间隙位置迁移至原质点3所在正常位点。故环转易位扩散的总能垒高于准间隙扩散的总能垒;

5. 易位扩散过程需要克服三个能垒:质点1由正常位点迁移至间隙位置、质点2由正常位点迁移至原质点1所在正常位点、质点1进入原质点2所在正常位点。相较环转易位扩散过程,易位扩散过程将产生较高程度的晶格畸变。故易位扩散的总能垒高于上述四种扩散的总能垒。

【答案解析】