七扩散.ppt

材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学 7 基本动力学过程—扩散 概述 晶体中扩散的基本特点与扩散动力学方程 菲克定律的应用 扩散过程的推动力、扩散机构与扩散系数 影响扩散系数的因素材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学(1)扩散的概念: 指当物质内有梯度(化学位、浓度、应力梯度等)存在时,由于热运动而导致的质点定向迁移。(2)物质聚集状态与传质方式比较: 气体和液体:扩散传质、对流传质; 固体:扩散是传质的唯一方式。 概述材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学(3)扩散的分类?按扩散方向分: 由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散,又称下坡扩散; 由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散, 又称上坡扩散。?按浓度均匀程度分: 互扩散: 有浓度差的空间扩散(异种粒子存在时,造成浓度差); 自扩散: 没有浓度差的扩散。(同种粒子存在) 材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学?按原子的扩散方向分: 在晶粒内部进行的扩散称为体扩散;在表面进行的扩散称为表面扩散;沿晶界进行的扩散称为晶界扩散。表面扩散和晶界扩散的扩散速度比体扩散要快得多,一般称前两种情况为短路扩散。此外还有沿位错线的扩散,沿层错面的扩散等。材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学 基本特点自由行程:质点的每一步迁移与其它质点发生碰撞之前所行走的路程。 晶体中扩散的基本特点与扩散动力学方程 A(始点) S 1S 2S n-1S nR n扩散粒子在一定时间内经几次无序跃一的净位移示意图随机行走(液相中) 材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学固体扩散的基本特点: (1)构成固体的所有质点均束缚在三维周期性势阱中,故质点的第一步迁移必须从热涨落中获取足够的能量以克服势阱的能量。固体中质点的明显扩散常开始于较高的温度,但往往低于固体的熔点; (2)晶体中原子或离子依一定方式所堆积成的结构有一定的对称性和周期性,限制着质点第一步迁移的方向和自由行程。迁移的自由程则相当于晶格常数大小,且质点扩散往往具有各向异性,其扩散速率也远低于流体中的情况。材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学一、基本概念(1)扩散通量扩散通量——单位时间内通过单位横截面的粒子数。用 J表示,为矢量(因为扩散流具有方向性) 量纲:粒子数/( 2) 单位:粒子数/(s·m 2) 扩散动力学方程——菲克定律材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学?稳定扩散 稳定扩散是指在垂直扩散方向的任一平面上, 单位时间内通过该平面单位面积的粒子数一定, 即任一点的浓度不随时间而变化。??? 0 Ct (2)稳定扩散和不稳定扩散?不稳定扩散不稳定扩散是指扩散物质在扩散介质中浓度随时间发生变化。扩散通量与位置有关。即: J=const 材料科学基础( 材料科学基础( Fundamentals of Materials Science Fundamentals of Materials Science ) ) 西南科技大学西南科技大学 1858 年,菲克( Fick )参照了傅里叶( Fourier ) 于1822 年建立的导热方程,获得了描述物质从高浓度区向低浓