Difuzioni mehanizmi

Postoje dva različita mehanizma difuzije: intersticijska difuzija i supstitucijska difuzija. Zamislimo atom primese u, inače, idealnoj strukturi. Ovaj atom može da zauzme položaj u kristalnoj rešetci, zamenjen sa jednim atomom osnovnog materijala, ili ako je dovoljno mali, može da se nađe u intersticijskom položaju. Ova dva položaja atoma govore o dva mehanizma difuzije.

Difuzija supstitucijom

Supstituciona difuzija je kretanje atoma od jednog položaja do drugog. U idealnoj rešetki, ovo bi zahtevalo da atomi “zamene mesta” u rešetki. Prosta zamena atoma bi zahtevala veliku energiju, jer bi ta zamena podrazumevala fizičko guranje drugih atoma u stranu radi zamene mesta. U praksi, pak, ovo nije mehanizam po kojem se supstitucijska difuzija dešava. Drugi oblik teorijskog mehanizma supstitucije jeste kružna supstitucija. Tada se istovremeno aktivira nekoliko atoma u kristalnoj rešetki, koji međusobno zamenjuju mesta. Slično kao i metodom direktne zamene, kružna supstitucija se ne uočava u praksi. Ovakvo kretanje grupe atoma je vrlo malo verovatno.

Supstitucijska difuzija se dešava samo ako postoji praznina. Praznina je “nedostajući atom” u rešetki. Kada je prisutna praznina, jedan od susednih atoma može da se premesti na mesto praznine, time formirajući prazninu na mestu na kojem se nalazio. Verovatnoća da će atom da se premesti u neki od susednih položaja je jednaka verovatnoći da će se neki od susednih atoma preseliti na mesto praznine. Često je korisno tumačiti ovaj mehanizam kao difuziju praznina, umesto difuzija atoma.

Difuzija atoma stoga zavisi od prisustva praznina u susednoj lokaciji, a brzina difuzije stoga zavisi od dva faktora: sposobnost formiranja praznina u rešetki, i sa kojom lakoćom se atom premešta u prazninu. Zavisnost od prisustva praznina je razlog zašto je difuzija supstitucijom sporija od intersticijske difuzije, koja sledi.

Intersticijska difuzija

Atom koji se premešta difuzijom se ne nalazi u čvoru (položaju) kristalne rešetke, već u intersticijskom položaju. Ovakav atom ima slobodu da se premešta u bilo koji susedni intersticijski položaj, osim taj položaj je već zauzet drugim atomom. Brzina difuzije je, stoga, posledica lakoće kojom se atom premešta u intersticijski položaj. Teoretski, pri vrlo velikim sadržajima primesa, kretanje može ograničavati prisustvo atoma u susednim intersticijskim položajima. U praksi, međutim, izvesnije je da će pre doći do formiranja nove faze, nego do ovih uticaja.