物质的迁移一般是通过对流和扩散两种方式进行，在气体和液体中物质的迁移形式包括对流和扩散两种。而在固体中不发生对流，扩散是唯一的方式，其原子或分子由于热运动从一个位置不断迁移到另一个位置。

简而言之，扩散就是物质中原子的微观热运动所引起的宏观迁移的现象。下面学姐就给大家详细讲解几类扩散机制。

一、分类

扩散这个概念分为很多类型的扩散机制，通过对各类扩散进行分类，这样可以清楚的认识到不同扩散类型的区别，更加方便区分和记忆。

（一）根据扩散是否为稳态可分为：

扩散第一定律：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面面积的扩散通量J与该截面处的质量浓度梯度呈正比，扩散方向与浓度梯度方向相反。同时也叫菲克第一定律，描述了一种稳态的扩散，即质量浓度不随时间而变化，公式如下：

扩散第二定律：由菲克第一定律导出的非稳态情况，扩散过程中，扩散物质浓度随时间的变化而变化。沿扩散方向上扩散物质浓度梯度随扩散距离的变化率成正比，其描述的扩散过程为非稳态扩散，基本公式如下，在求解时还需要知晓初始条件以及边界条件：

（二）根据是否改变组元的浓度分布可分为：

自扩散:原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散，不改变浓度分布，多发生在纯金属或均匀合金中。

互扩散:原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散，会导致浓度分布趋于均匀，主要发生在成分不均匀的合金中。

（三）根据浓度梯度与扩散方向的方向是否相反可分为：

下坡扩散:原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散，浓度分布趋于平均，浓度梯度与扩散方向相同。

上坡扩散:原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散，使浓度分布差异更大，扩散方向与浓度方向相反，驱动力是化学位梯度

（四）根据是否生成新相可分为：

原子扩散:扩散过程中不出现新相，同时本身不发生变化。

反应扩散:在扩散过程中，由于扩散使固溶体的溶质浓度超过固溶体溶质浓度的极限，从而形成新相的过程。

（五）根据扩散的路径的不同可分为：

体扩散：原子在晶格内扩散。

晶界扩散：沿晶粒边界扩散。

表面扩散：沿晶粒外表面扩散。

（六）根据迁移至间隙或空位可分为：

间隙扩散：在间隙固溶体中，间隙原子可以从一个间隙位置迁移到另一个间隙位置，由这种方式产生的扩散称为间隙扩散。（例如碳原子在铁中就是以间隙方式扩散）

条件：①结构条件:间隙原子周围必须存在可供其跃迁且未被其他原子占据的间隙位置。②能量条件:间隙原子应具有足够的能量以克服周围原子对其跃迁的阻力

置换扩散：在置换固溶体或纯金属中，原子的平衡位置在晶格格点上。若某一原子周围的格点有空位，则该原子可以与空位交换位置，从而迁移到新的平衡位置上。由这种方式产生的扩散称为置换扩散。也称空位扩散。（空位机制的提出与柯肯达尔效应有关）

条件：①结构条件:原子近旁存在空位。②能量条件:只有足以越过能垒的能量。

两者区别：间隙固溶体通过间隙原子作为中转站进行扩散；置换固溶体通过空位作为中转站进行扩散。

二、相关概念拓展

1、扩散驱动力：扩散过程是自发的，这个自发过程有其内在的动力，成为扩散驱动力。

2、扩散激活能：原子在晶体结构中由一个平衡位置跳向相邻的另一个平衡位置时，通常需要越过一个自由能垒，该能垒高度称为扩散激活能,它是原子扩散的阻力。扩散激活自由能的内能部分简称为扩散激活能。

3、柯肯达尔效应：由于原子扩散速度不同而造成标记面移动的现象称为柯肯达尔效应。

原因:低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，这种不等量原子交换造成了柯肯达尔效应。

意义:①揭示了扩散宏观规律与微观机制的内在联系，具有普遍性。

②直接否定了置换式固溶体扩散的换位机制,支持了空位机制。

③扩散系统中每一种组元都有自己的扩散系数。

注:间隙扩散中不会发生柯肯达尔效应。

4、扩散系数：其公式为：

Q成为扩散激活能，R是气体常数。

扩散系数的影响因素：

①温度：决定不同金属自扩散系数D的主要因索是相对温度T/Tm，T/Tm越高，D越大。这主要是因为纯金属的自扩散系数Q=32Tm，其中Tm取绝对温度。

②扩散原子类型:在同一种固溶体中，置换原子扩散系数低于间隙原子扩散系数。③晶体结构:晶体结构类型的致密度不同，致密度大，则原子不容易扩散；致密度小，则原子容易扩散。因此，晶体结构类型也会影响扩散系数。

④成分：

a、对能垒的作用:若成分变化使能垒降低,则会提高扩散系数。

b、对扩散原子本身的作用:第三组元的加入一般会影扩散原子的化学势。由于固溶体中化学势与活度有关，且活度越高化学势越高。所以第三组元的作用体现在对扩散组元活度的影响上。由于活度反映原子的活性,因此凡是使扩散组元活性下降的第三作用都会降低扩散系数。有些情况下第三组元的加入还会影响扩散方向。

三、相关例题

下面我们来通过几道例题来巩固一下今天讲解的知识点。

例题：

1.关于柯肯达尔效应，写出几个关键词。

2. Cu和Ni扩散偶焊接好之后，要放置在高温下（但不能有液相）。为什么要放在高温下？

3. 与固溶体相比，中间相的扩散有何特点？

4. 当刃位错与螺位错作为快扩散通道时，哪一个扩散系数更大一些？为什么？

答案：

1.①晶格运动；②扩散速度不同；③空位扩散。

2. ①高温下易于形成大量空位；②高温时原子能量高，扩散动力足。

3. ①中间相的扩散一般为空位扩散，其扩散速度较慢；②中间相的扩散激活能大（因为中间相的熔点高于固溶体）。

4. 刃位错扩散系数更大。因为刃位错产生的弹性应变能大，点阵畸变大，能量比螺位错低，扩散更容易，扩散系数低。