原子擴散

在一定的温度下，在晶格平衡位置上振動的原子，有的因能量較高可能離開原來的位置，發生原子的遷移。大量原子遷移則會引起物質的宏觀流動，稱為擴散。擴散是固體中物質傳輸的唯一方式。對原子遷移規律的瞭解是研究材料必不可少的。

擴散現象的本質是在擴散力的作用下，原子發生定向宏觀的遷移。擴散力可以是濃度梯度也可以是電場梯度、應力場梯度等，總之擴散的結果是使體系的能量下降，使各種梯度減少，趨於均勻。

影響擴散的因素主要有温度，温度越高，擴散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯容易擴散；不同緻密度的晶體結構溶質原子擴散速度不一樣，低緻密度的晶體中溶質原子擴散快，各向異性也影響溶質原子擴散；在間隙固溶體中溶質原子擴散容易；擴散原子性質與基體金屬性質差別越大，擴散越容易；一般溶質原子濃度越高，擴散越快；加入其它組元與溶質原子形成化合物阻礙其擴散。

強磁場是一種重要的外部物理條件，與普通電磁場的力效應和熱效應不同，強磁場能夠將強大的磁化能量無接觸地傳遞到材料的原子尺度，明顯改變材料的熱力學狀態，影響材料中原子和分子的排列、匹配、遷移等行為。近年來，隨着低温超導技術的快速發展，超導強磁場的獲得日趨輕便、經濟，強磁場裝置的生產已達到產業化。強磁場在控制材料的物理化學過程、相變、熱處理、結晶凝固、液體懸浮與分離等方面均取得了大量的科研成果，發現了很多新現象或者製備新型功能和結構材料，並誕生了強磁場材料學。

擴散焊可以焊接其他方法難以焊接的材料，尤其是異種材料之間的結合，並且其接頭顯微組織和性能與母材接近，不存在氣孔、宏觀裂紋等缺陷。研究表明擴散焊中的許多過程，如固態相變、晶粒生長、晶界遷移以及再結晶等，都與擴散密切相關。而研究發現，磁場對上述物理過程都有着重要影響。然而由於原子擴散速率緩慢導致的工藝效率低下成為其主要弊端，限制了該技術的應用。因此，在技術角度探索通過施加強磁場來提高工藝效率，在科學角度研究強磁場下固態原子的擴散行為，具有十分重要的意義。

文獻 ^[1]  綜述了強磁場對間隙擴散和空位擴散影響的研究結果和機制,對存在的問題進行了歸納總結,並對強磁場下擴散連接的研究趨勢和發展前景進行了展望。中國國內外對於強磁場對間隙擴散影響的研究主要集中在低碳鋼的脱碳上。強磁場對鐵磁性金屬中的間隙擴散起抑制作用，而且比較強烈。儘管處於居里點之上，但鐵磁性金屬的固有磁矩保留了下來，在強磁場下還是會表現出磁有序和磁致伸縮，後者在單晶中具有明顯的各向異性。因此從影響機制上來看，強磁場很可能通過磁致伸縮影響溶質原子在不同位置(八面體、四面體位置等)的佔有率而間接降低擴散係數，而並非通過影響擴散激活能，相關的計算證實了這一點瞪。然而由於缺乏強磁場下非鐵磁性金屬中間隙擴散的數據，還不能對最終的影響機制作出定論。強磁場對擴散行為影響的研究，最早是從空位擴散開始的。關於強磁場對空位擴散的影響，已有結果比較混亂。從影響結果上來看，已有的試驗結果均顯示強磁場對鐵磁性金屬中溶質原子的間隙擴散起抑制作用，至於空位擴散，對於順磁一抗磁合金繫有抑制作用，對於順磁一順磁合金系，如若有Ti的存在，結果總是沒有影響，除此之外為抑制作用；從影響機制上來看，二者均沒有完善的理論定量地解釋磁場大小和方向對於擴散的影響。因此還需要對更多類型的擴散偶進行定量的研究，在此基礎上歸納出影響的一般規律，進而從理論上解釋各種影響的物理機理。

隨着低温超導技術的進步，強磁場在較大空間的實現變得更加經濟輕便，發生裝置日趨商業化。這使其應用範圍從傳統的鐵磁性材料擴大到整個材料領域。擴散焊具有接頭質量高、缺陷少、精度高、變形小等優點，並且可以實現難焊材料，尤其是異種材料的可靠連接。然而由於擴散焊需要較長的時間來達到冶金結合，而採用外加強磁場的方法可以控制原子能量狀態，進而調節中間相、夾雜物、各種缺陷，從而影響整個擴散焊過程，加快擴散焊的進度，得到所需要的結果。這都需要從微觀上探討作用機理以正確指導其工業應用。因此，對強磁場作用下固態金屬中原子擴散行為的研究，具有重要的科學意義和應用價值，必須引起足夠的重視並加大投入。