Tạp chất khuếch tán theo cơ chế nào còn phụ thuộc vào quá trình tương tác giữa tạp chất và mạng gốc, phụ thuộc vào bán kính của tạp chất, nhiệt độ khuếch tán,...
Cơ chế khuếch tán nói chung bao gồm cả quá trình khuếch tán và tự khuếch tán. Sự dịch chuyển của các nguyên tử được thực hiện bằng cách dần dần lấp vào chỗ trống ưong mạng tinh thể. Sự dịch chuyển này có tính chọn lọc, có nghĩa là các nguyên tà có xu hướng dịch theo hướng có ứng suất tiếp tuyến lớn nhất. Khi nhiệt độ tăng, do dao động nhiệt, nguyên tử dòi khỏi vị trí cân bằng ban đàu đến một vị trí cân bằng mói. Sự dịch chuyển của các nguyên tử có thể chia làm hai cơ chế cơ bản:
• Cơ chế xen kẽ
Khi một nguyên tử tạp chất A khuếch tán theo cơ chế xen kẽ trong tinh thể, nguyên tử tạp A sẽ nhảy từ vị trí xen kẽ này sang vị trí xen kẽ khác (Hình 2.1). Để bước nhảy đó được
thực hiện cũng cần có hai điều kiện sau:
Thứ nhất là nguyên tử tạp A phải có một năng lượng đủ để phá vỡ liên kết với các nguyên tử bên cạnh, năng lượng này đúng bằng năng lượng cần thiết để hình thành nguyên tử tạp A ở yị trí xen kẽ.
Thứ hai là nguyên tử tạp A phải có một năng lượng đủ để vượt qua hàng rào thế và dịch chuyển sang vị trí của khe hở liền kề . 0 . 0 0 О О О -ỉ-*-''"' • о о ^ О О О ООО ООО Hình 2.1. Khuếch tán của tạp chất theo cơ chế xen kẽ
Cơ chế khuếch tán này xảy ra vói các hợp chất của các loại nguyên tử có kích thước khác nhau. Các nguyên tử có kích thước bé hơn, dưới tác dụng của nhiệt độ và ứng suất có thể dịch chuyển từ lỗ trống này sang lỗ trống khác trong mạng tinh thể.
Đối với hợp kim xen kẽ do đặc điểm của các nguyên tử xen kẽ là những nguyên tử có kích thước nhỏ nên đây là cơ chế khuếch tán chủ yếu của hợp kim xen kẽ.
• Cơ chế thay thế Khi một
nguyên tử tạp (kí hiệu là A) khuếch tán trong tinh thể theo cơ chế nút khuyết (Hình 2.2), nguyên tử tạp sẽ nhảy đến vị trí của nút khuyết bên cạnh. Để bước nhảy đó được thực hiện cần phải có hai điều kiện sau:
Thứ nhất là phải có mặt một nút khuyết ở vị trí gàn kề nguyên tử tạp A, tức là hình thành cặp đôi tạp - nút khuyết.
Thứ hai là nguyên tử tạp A phải có một năng lượng đủ để vượt qua hàng rào thế và dịch chuyển sang vị trí của nút khuyết liền kề.
Hình 2.2. Khuếch tán của tạp chất theo cơ chế nút khuyết Cơ chế này có thể xảy ra với mọi loại vật liệu. Thông thường các tinh thể trong thực tế là không lí tưởng. Trong mạng sẽ xuất hiện những nút khuyết (Vacancy) dưới tác dụng của nhiệt độ và ứng suất các nguyên tử đều o 0A o o o o 0 o V V A 0 • / \ 1 1 0 0 / \ ( \ • 0 o 0 o t o o o 0 o o 0 o o o o 0 o
có thể dịch chuyển bằng cách thay thế. Nếu trên mạng nồng độ nút khuyết (Vacancy) càng lớn thì quá trình khuếch tán theo cơ chế này càng cao. Khi nhiệt độ cao dưói tác dụng của ứng suất ba chiều không đồng đều. Các nguyên tử sẽ khuếch tán mạnh theo phương có ứng suất lớn nhất. Sự chuyển dời có hướng không thuận nghịch của các nguyên tố đó gây lên sự biến dạng phi tuyến vật thể.
Ngoài hai cơ chế cơ bản này còn có các cơ chế khuếch tán khác như sau: 0, Ọ 0 V a' ố ỗ l Cơ chế phục hồi
0 0 0 0 0 0
0 003 u
0 0 0 0 0
Cơ chế trao đổi trực Cơ chế hỗn hợp tiếp
Cơ chế trao đổi Cơ chế kéo cụm lại Cơchế tác động vòng