什么是柯肯达尔效应,解释其产生原因,它对人们认识置换式扩散机制有什么作用

Question

什么是 柯肯达尔效应,解释其产生原因,它对人们认识置换式扩散机制有什么作用

Answer 1

柯肯达尔效应（kirkendall effect）原来是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷,现已成为中空纳米颗粒的一种制备方法.
碳在铁中的扩散是间隙型溶质原子的扩散,在这种情况下可以不涉及溶剂铁原子的扩散,因为铁原子扩散速率与原子直径都较小,对较易迁移的碳原子的扩散速率比较而言可以忽略的.然而对于置换型溶质原子的扩散,由于溶剂与溶质原子的半径相差不会很大,原子扩散时必须与相邻原子间作置换,两者的可动性大致趋于同一数量级,因此,必须考虑溶质和溶剂原子不同的扩散速率,这首先是被柯肯达尔（kirkendall）等人证实.1947年,他们设计了一个试验,在质量分数为30%的黄铜块上镀一层铜,并在铜和黄铜界面上预先放两排Mo丝.将该样品经过785℃扩散退火56d后,发现上下两排Mo丝的距离L减小了0.25mm,并且在黄铜上留有一些小洞.假如Cu和Zn的扩散系数相等,那么以原Mo丝平面为分界面,两侧进行的是等量的Cu和Zn原子互换,考虑到Zn的原子尺寸大于Cu原子,Zn的外移会导致Mo丝（标记面）向黄铜一侧移动,但经计算移动量仅为观察值的1/10左右.由此可见,两种原子尺寸的差异不是Mo丝移动的主要原因,这只能是在退火时,因Cu,Zn两种原子的扩散速率不同,导致了由黄铜中扩散出的Zn的通量大于铜原子扩散进入的通量.这种不等量扩散导致Mo丝移动的现象称为Kirkendall Effect（柯肯达尔效应）.以后,又发现了多种置换型扩散偶中都有柯肯达尔效应,例如,Ag-Au,Ag-Cu,Au-Ni,Cu-Al,Cu-Sn及Ti-Mo.