物質的遷移一般是通過對流和擴散兩種方式進行，在氣體和液體中物質的遷移形式包括對流和擴散兩種。而在固體中不發生對流，擴散是唯一的方式，其原子或分子由於熱運動從一個位置不斷遷移到另一個位置。

簡而言之，擴散就是物質中原子的微觀熱運動所引起的宏觀遷移的現象。下面學姐就給大傢詳細講解幾類擴散機制。

一、分類

擴散這個概念分為很多類型的擴散機制，通過對各類擴散進行分類，這樣可以清楚的認識到不同擴散類型的區別，更加方便區分和記憶。

（一）根據擴散是否為穩態可分為：

擴散第一定律：單位時間內通過垂直於擴散方向的單位截面面積的擴散通量J與該截面處的質量濃度梯度呈正比，擴散方向與濃度梯度方向相反。同時也叫菲克第一定律，描述瞭一種穩態的擴散，即質量濃度不隨時間而變化，公式如下：

擴散第二定律：由菲克第一定律導出的非穩態情況，擴散過程中，擴散物質濃度隨時間的變化而變化。沿擴散方向上擴散物質濃度梯度隨擴散距離的變化率成正比，其描述的擴散過程為非穩態擴散，基本公式如下，在求解時還需要知曉初始條件以及邊界條件：

（二）根據是否改變組元的濃度分佈可分為：

自擴散:原子經由自己元素的晶體點陣而遷移的擴散，不改變濃度分佈，多發生在純金屬或均勻合金中。

互擴散:原子通過進入對方元素晶體點陣而導致的擴散，會導致濃度分佈趨於均勻，主要發生在成分不均勻的合金中。

（三）根據濃度梯度與擴散方向的方向是否相反可分為：

下坡擴散:原子由高濃度處向低濃度處進行的擴散，濃度分佈趨於平均，濃度梯度與擴散方向相同。

上坡擴散:原子由低濃度處向高濃度處進行的擴散，使濃度分佈差異更大，擴散方向與濃度方向相反，驅動力是化學位梯度

（四）根據是否生成新相可分為：

原子擴散:擴散過程中不出現新相，同時本身不發生變化。

反應擴散:在擴散過程中，由於擴散使固溶體的溶質濃度超過固溶體溶質濃度的極限，從而形成新相的過程。

（五）根據擴散的路徑的不同可分為：

體擴散：原子在晶格內擴散。

晶界擴散：沿晶粒邊界擴散。

表面擴散：沿晶粒外表面擴散。

（六）根據遷移至間隙或空位可分為：

間隙擴散：在間隙固溶體中，間隙原子可以從一個間隙位置遷移到另一個間隙位置，由這種方式產生的擴散稱為間隙擴散。（例如碳原子在鐵中就是以間隙方式擴散）

條件：①結構條件:間隙原子周圍必須存在可供其躍遷且未被其他原子占據的間隙位置。②能量條件:間隙原子應具有足夠的能量以克服周圍原子對其躍遷的阻力

置換擴散：在置換固溶體或純金屬中，原子的平衡位置在晶格格點上。若某一原子周圍的格點有空位，則該原子可以與空位交換位置，從而遷移到新的平衡位置上。由這種方式產生的擴散稱為置換擴散。也稱空位擴散。（空位機制的提出與柯肯達爾效應有關）

條件：①結構條件:原子近旁存在空位。②能量條件:隻有足以越過能壘的能量。

兩者區別：間隙固溶體通過間隙原子作為中轉站進行擴散；置換固溶體通過空位作為中轉站進行擴散。

二、相關概念拓展

1、擴散驅動力：擴散過程是自發的，這個自發過程有其內在的動力，成為擴散驅動力。

2、擴散激活能：原子在晶體結構中由一個平衡位置跳向相鄰的另一個平衡位置時，通常需要越過一個自由能壘，該能壘高度稱為擴散激活能,它是原子擴散的阻力。擴散激活自由能的內能部分簡稱為擴散激活能。

3、柯肯達爾效應：由於原子擴散速度不同而造成標記面移動的現象稱為柯肯達爾效應。

原因:低熔點組元擴散快，高熔點組元擴散慢，這種不等量原子交換造成瞭柯肯達爾效應。

意義:①揭示瞭擴散宏觀規律與微觀機制的內在聯系，具有普遍性。

②直接否定瞭置換式固溶體擴散的換位機制,支持瞭空位機制。

③擴散系統中每一種組元都有自己的擴散系數。

註:間隙擴散中不會發生柯肯達爾效應。

4、擴散系數：其公式為：

Q成為擴散激活能，R是氣體常數。

擴散系數的影響因素：

①溫度：決定不同金屬自擴散系數D的主要因索是相對溫度T/Tm，T/Tm越高，D越大。這主要是因為純金屬的自擴散系數Q=32Tm，其中Tm取絕對溫度。

②擴散原子類型:在同一種固溶體中，置換原子擴散系數低於間隙原子擴散系數。③晶體結構:晶體結構類型的致密度不同，致密度大，則原子不容易擴散；致密度小，則原子容易擴散。因此，晶體結構類型也會影響擴散系數。

④成分：

a、對能壘的作用:若成分變化使能壘降低,則會提高擴散系數。

b、對擴散原子本身的作用:第三組元的加入一般會影擴散原子的化學勢。由於固溶體中化學勢與活度有關，且活度越高化學勢越高。所以第三組元的作用體現在對擴散組元活度的影響上。由於活度反映原子的活性,因此凡是使擴散組元活性下降的第三作用都會降低擴散系數。有些情況下第三組元的加入還會影響擴散方向。

三、相關例題

下面我們來通過幾道例題來鞏固一下今天講解的知識點。

例題：

1.關於柯肯達爾效應，寫出幾個關鍵詞。

2. Cu和Ni擴散偶焊接好之後，要放置在高溫下（但不能有液相）。為什麼要放在高溫下？

3. 與固溶體相比，中間相的擴散有何特點？

4. 當刃位錯與螺位錯作為快擴散通道時，哪一個擴散系數更大一些？為什麼？

答案：

1.①晶格運動；②擴散速度不同；③空位擴散。

2. ①高溫下易於形成大量空位；②高溫時原子能量高，擴散動力足。

3. ①中間相的擴散一般為空位擴散，其擴散速度較慢；②中間相的擴散激活能大（因為中間相的熔點高於固溶體）。

4. 刃位錯擴散系數更大。因為刃位錯產生的彈性應變能大，點陣畸變大，能量比螺位錯低，擴散更容易，擴散系數低。