[科普中国]-体扩散

特点

由于所需激活能较大，故扩散速度较短路扩散慢。一般情况下，固体中的扩散主要通过体扩散实现。晶界扩散速率虽然比体扩散高得多，但由于晶界面积极小，对物质迁移总的贡献仍然很小（除非材料的晶粒极细，以致晶界的总面积较大）1。

扩散型相变在固态相变发生时，体系中两相间的相界面的移动是通过原子的近程或长程扩散而进行的，这种相变称为扩散型相变。只有当温度足够高，原子集聚相对多的能量、活跃能力足够强时，才能发生扩散型相变。温度愈高，原子活动能力愈强，扩散距离也就愈远。在扩散型相变中，只会发生因新、旧两相比容不同而引起的体积变化，而没有发生宏观形状的改变，如：同素异构转变、多形性转变、脱溶型相变、共析型相变、调幅分解和有序化转变等等。扩散型相变又分为界面控制的扩散型相变和体扩散控制的扩散型相变两种。在发生扩散型相变时，新旧两相具有相同的化学成分，新相的形成仅仅需要旧相的原子跃过两相界面即可，系统中原子的迁移速度取决于靠近界面的最前沿原子的迁移。这就是界面控制的扩散型相变2。

非扩散型相变在体扩散控制的扩散型相变中，由于新旧两相具有不同的化学成分，系统中两相界面发生迁移除影响上述界面控制的扩散型相变以外，还需要满足溶质原子在体系中重新分布的要求，也就是说，两相界面的迁移需要伴随溶质原子在基体相中的长程扩散。体扩散控制的扩散型相变虽然也包括上述的界面扩散控制的因素，但是体扩散控制的扩散型相变界面迁移速度小于界面扩散控制的扩散型相变的界面迁移速度。

在相变过程中，溶质原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动也是基本一致的，这种相变称之为非扩散型相变。相变并不需要通过扩散来完成，新相和母相间的化学成分也基本相同。发生迁移时，相邻原子间的相对位置保持不变，新相和母相之间也存在一定的晶体学位向关系。某些材料发生非扩散相变时，两相界面地迁移速度特别快，有些相变的速度近似于声速，如马氏体扩散3。

MoSi2扩散层的生长织构和体扩散过程虽然晶界扩散和位错扩散比体扩散系数大，但考虑到金属的截面中进行晶界扩散只占体

扩散的10-5，所以只有晶界扩散与体扩散系数之比达到105时，物质沿晶界输送量才一可以和体扩散量相比较。在高温时其比值小于105。而位错扩散须在低温时，当体扩散和晶界扩散都不明显时才起作用。MoSi2与Mo之间相界面是平直的，并有垂直于样品表面的柱状晶。说明沿Mo晶界扩散量是很小的，反之将形成垂直于Mo晶界的柱状晶，也不可能具有织构。至于MoSi2之间晶界，由于晶粒具有纤维织构，主要属于低角度晶界，它由位错所组成。扩散还是要通晶格表面跃迁，它不会改变Si易扩散而Mo难扩散的现象。

通过MoSi2渗层的扩散流基本上仅有Si原子的扩散流，而Mo原子扩散流是非常小的。而Si原子体扩散流是于方向最为有利。除刚开始形成很薄MoSi2连续层之外，继续形成MoSi2反应是在MoSi2与Mo界面上发生。如果不考虑Mo原子的向外扩散，MoSi2晶胞与原Mo晶胞体积之比达2.58，即新形成MoSi2的体积比Mo原来体积大1.58倍。这势必引起强大的压应力，在冷却过程中，渗层就会产生程度不等的初生态裂纹2。

总结Si原子净体扩散流以平行于纤维轴方向（即）为最有利的扩散方向。在开始形成MoSi2的晶粒中，其方向平行于扩散方向的那些晶粒将迅速生长，而其他方向的晶粒的生长格对受到抑制，这就形成平行于扩散方向的柱状晶，并有方向的纤维织构3。