結晶欠陥と拡散

多結晶金属での拡散の経路について正しいものはどれか。

  1. A活性化エネルギーは、一般に格子拡散 < 粒界拡散 < 表面拡散 の順に大きい
  2. B低温ほど、格子拡散に比べて粒界拡散の寄与が相対的に大きくなる
  3. C結晶粒が細かいほど粒界拡散の寄与は小さくなる
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正解:B. 低温ほど、格子拡散に比べて粒界拡散の寄与が相対的に大きくなる

原子の詰まり方が乱れた経路ほど原子が跳躍しやすく、活性化エネルギーは一般に 表面拡散 < 粒界拡散 < 格子(体)拡散 の順に大きくなります。格子拡散 < 粒界拡散 < 表面拡散 とする選択肢はこの大小が逆です。活性化エネルギーが小さい経路は、温度が下がっても拡散係数が落ちにくいため、低温ほど粒界拡散の寄与が相対的に大きくなります。結晶粒が細かいほど粒界の総面積が増えるので、粒界拡散の寄与はむしろ大きくなります。はんだ接合部や薄膜の配線のように、低温で結晶粒の細かい系で粒界拡散が問題になるのはこのためです。

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