7.2.2 置換擴(kuò)散

    1.柯肯達(dá)爾效應(yīng) (Kirkendall effect)
    在置換固溶體或純金屬中，各組元原子直徑比間隙大的多，很難進(jìn)行間隙擴(kuò)散。置換擴(kuò)散的機(jī)制是人們十分關(guān)心的問(wèn)題�？驴线_(dá)爾效應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題很有幫助。
    柯肯達(dá)爾的實(shí)驗(yàn)如圖7-8所示。將一塊純銅和純鎳對(duì)焊起來(lái)，在焊接面上嵌上幾根細(xì)鎢絲（惰性）作為標(biāo)記。將試樣加熱到接近熔點(diǎn)的高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后冷卻。經(jīng)剝層化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)擴(kuò)散后惰性的鎢絲向純鎳一側(cè)移動(dòng)了一段距離。因?yàn)槎栊缘逆u絲不可能因擴(kuò)散而移動(dòng)，鎳原子與銅原子直徑相差不大，也不可能因?yàn)樗鼈兿驅(qū)Ψ降攘繑U(kuò)散時(shí)，因原子直徑差別而使界面兩側(cè)的體積產(chǎn)生這樣大的差別。唯一的解釋是鎳原子向銅一側(cè)擴(kuò)散的多，銅原子向鎳一側(cè)擴(kuò)散的少，使銅一側(cè)伸長(zhǎng)，鎳一側(cè)縮短。這種效應(yīng)已在Cu-Ni﹑Cu-Sn﹑Ag-Zn﹑Ag-Au﹑Ni-Co﹑Ni-Au等組成的擴(kuò)散偶中發(fā)現(xiàn)，而且標(biāo)記總是向著低熔點(diǎn)組元一方移動(dòng)。

    實(shí)際上，純物質(zhì)晶體中原子會(huì)從一個(gè)晶格點(diǎn)向另一個(gè)晶格點(diǎn)移動(dòng)。純物質(zhì)晶體中的擴(kuò)散稱為自擴(kuò)散。由于不存在濃度梯度，自擴(kuò)散產(chǎn)生于晶體中的原子的無(wú)規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。
     將純銅和純鎳對(duì)焊成擴(kuò)散偶，將其加熱保溫并隨時(shí)檢查濃度分布情況，結(jié)果如圖7-6所示。隨時(shí)間延長(zhǎng)銅和鎳原子的濃度分布逐漸趨于均勻。
    為了深入認(rèn)識(shí)固體中的擴(kuò)散規(guī)律，有兩種機(jī)制比較真實(shí)地反映了客觀現(xiàn)實(shí)。一種是間隙機(jī)制，它解釋了間隙固溶體中的間隙原子如H, C, N, O等小原子的擴(kuò)散；另一種是空位機(jī)制，它解釋了置換原子的擴(kuò)散及自擴(kuò)散現(xiàn)象。