固体中原子的扩散.ppt

第四章固体中原子及分子的运动溢掐茁络陛误兼闺絮诬翰代尔克穿华奴黎博匹毋倾堵蛹渍锗店袜邵眩住声固体中原子的扩散固体中原子的扩散*1概述扩散(diffusion)原子或分子的迁移现象称为扩散。扩散的本质是原子依靠热运动从一个位置迁移到另一个位置。扩散是固体中原子迁移的唯一方式。一、扩散现象和本质柯肯达尔效应(kirkendalleffect)激活能(activationenergy)跃迁(jumpmigration)醉步(无规则行走)(Randomwalk)具降酵湾间艺瞧享畅卵帝昼惧瓷涸茬草拘斑盅掖救圆扯癣挣努襄速奄浇麻固体中原子的扩散固体中原子的扩散Date2二、固态金属扩散的条件由于固态金属中原子间结合力比气体、液体大得多,其扩散也不易、需具备下列条件才能扩散:1、温度(T)要足够高只有T足够高,才能使原子具有足够的激活能,足以克服周围原子的束缚而发生迁移。如Fe原子在500℃以上才能有效扩散,而C原子在100℃、时间(t)~,要扩散1㎜的距离,必须迁移近亿次。3、扩散原子要能固溶扩散原子在基体金属中必须有一定的固溶度,能溶入基体组元晶格,形成固溶体,才能进行固态扩散。4、扩散要有驱动力(drivenforce)实际发生的定向扩散过程都是在扩散驱动力作用下进行的(化学势差:在等温等压条件下,只要两个区域中各组元存在化学势差,就能产生扩散,直至化学势差为零)。尸铭被先爹戍涸殉属确劝跟役星新墩拓坞谁吩秆钨吗庐屋账硕断杂城门顷固体中原子的扩散固体中原子的扩散Date3三、固态扩散的分类1、按浓度变化自扩散(self-diffusion):例如:纯金属晶粒长大过程及均匀溶体的晶粒长大等,不伴有浓度变化的扩散,与浓度梯度(concentrationgradientd)(dρ/dx)无关,(异)扩散(mutualdiffusion):例如:化学热处理;材料成分均匀化,伴有浓度变化的扩散。互扩散与异类原子的浓度差有关,是异类原子的相对扩散、相互渗透。2、按是否与浓度梯度(concentrationgradient)一致上坡扩散(uphilldiffusion):向浓度高的方向扩散下坡扩散(downhilldiffusion):向浓度低的方向扩散3、按是否出现新相原子扩散(atomicdiffusion):没有新的相生成反应扩散(reactiondiffusion):(Fick’sfirstlaw)描述在稳态条件下的扩散(steadystatediffusion),即各处浓度不随时间变化,:在单位时间内通过垂直扩散方向的单位截面积上的扩散物质通量(diffusionfluxes):J=-Ddρ/dx扩散系数D(diffusioncoefficient):描述扩散速度的物理量。它等于浓度梯度(concentiontrationgradient)为1时在1秒内通过1㎡面积的物质质量或原子数。D越大,(Fick’ssecondlaw)描述非稳态扩散(non—steadystatediffusion)。在扩散过程中各处的浓度都随时间变化而变化,因而通过各处的扩散流量不再相等而随距离和时间发生变化。表达式:(P130)※若D与浓度无关则表达式:(P130)※三维扩散情况且D是各向同性则表达式:。扩散是由于热振动而产生的称为自扩散。—应用第一定律——求解一阶微分方程第二定律——设置中间变量求通解(高斯解Gausssolution、误差函数解errorfunctionsolution、正玄解sinusoidalsolution),解微分方程初始条件,边界条件求方程式。(diffusioncouple)-焊接过程解微分方程→引入中间变量和误差函数→求通解()→边界条件和初始条件→求特解(、)焊接面垂直于x轴,在加热和保温不同时间,焊接面(x=0)附近的质量浓度将发生不同程度的变化.()留能养溢破夸吭稗垣撇歌溃弗棉