影响扩散系数的因素

由菲克定律可知，扩散系数是决定扩散速率的重要参数。而影响扩散系数的因素却十分复杂。它除了受扩散物质和扩散介质本身的性质影响之外，还受温度、气氛和外来杂质等条件的影响。

　　

A、温度的影响

　　

由前面的分析可以看出，扩散过程实际上是由缺陷的产生与缺陷的运动两部分组成的。而这两部分几乎都与温度有关。扩散系数与温度之间的关系已经由式(7-46)给出。由该式和图7-36的结果可以看出，扩散系数D随温度的变化呈指数关系。说明温度对扩散速率的影响很大。这种影响表现在两个方面。一方面是温度升高晶体中热缺陷的浓度升高，给质点扩散的进行提供了更多的机会;另一方面温度升高可以激活更多的质点进行迁移。

　　

B、 气氛的影响

　　

由表7-7和图7-36的结果可以看出，气氛对于氧化镁扩散系数具有一定的影响。这可能是由于扩散过程受扩散介质的粘度以及扩散质点与扩散介质间结合力等因素的影响所至。

 

　　

C、 杂质的影响

　　

外来杂质的存在对晶体扩散的影响取决于杂质的数量和种类。如果杂质质点能与扩散介质形成化合物，就会使扩散质点产生附加键力，从而增加扩散阻力而使扩散系数减小。如果杂质质点能导致扩散介质中形成缺陷，则可以增大扩散系数。利用不同性质的杂质对扩散的不同影响无疑是改善扩散的重要途径。

　　

如果杂质质点的半径比晶体结点上的质点半径小得多，则杂质质点多存在于晶格间隙位置，并以间隙方式扩散。这类杂质的加入对主晶格中质点的扩散影响不大。

　　

如果高价正离子进入低价正离子的主晶格中，则产生正离子空位，将有利于正离子的扩散。例如，在MgO中加入少量的Al2O3，则Al³⁺会取代MgO晶格中Mg²⁺的位置形成Mg2+的空位V″Mg：

　　

　　

另外，如果低价杂质正离子进入高价正离子的主晶格中，产生负离子空位，将有利于负离子的扩散。

　　

如果低价杂质负离子进入高价负离子的主晶格中，产生正离子空位，将有利于正离子的扩散。

　　

如果高价杂质负离子进入低价负离子的主晶格中，产生负离子空位，将有利于负离子的扩散。

　　

而如果进入主晶格的杂质质点能与空位结合形成缔合体，往往会使结构中总空位浓度增加，从而提高扩散速率。