固體中原子及分子的運動

擴散過程的分類按濃度：互擴散，自擴散按方向：順擴散，逆擴散按路徑：體擴散，表面擴散，晶界擴散怎樣探討擴散表象理論:原子理論:影響因素:實際應(yīng)用:4.1表象理論

完全混合部分混合時間加入染料水Fe-C合金碳源固體物質(zhì)間的擴散高碳含量區(qū)域低碳含量區(qū)域碳的擴散方向Fe-C合金碳源4.1.1菲克第確定律(Fick’sfirstlaw)J=-Dddx穩(wěn)態(tài)擴散J:擴散通量(massflux),kg/(m2s)D:擴散系數(shù)(diffusivity),m2/s:質(zhì)量濃度，kg/m3

:濃度梯度12dxJ(1>2)4.1.2菲克其次定律大多數(shù)擴散過程是非穩(wěn)態(tài)擴散過程，某一點的濃度是隨時間而變更的，這類過程可由菲克第確定律結(jié)合質(zhì)量守恒條件導(dǎo)出來處理。下式為菲克其次定律：該方程稱為菲克其次定律或擴散其次定律。假如假定D與濃度無關(guān)，則上式可簡化為：菲克其次定律普遍式為:不同坐標(biāo)系中的菲克其次定律柱坐標(biāo)系中:柱對稱擴散,D與濃度無關(guān)菲克其次定律的表達應(yīng)用:分析純鐵空心圓筒的高溫滲碳問題。球坐標(biāo)系中:球?qū)ΨQ擴散,D與濃度無關(guān)菲克其次定律的表達

應(yīng)用:分析過飽和固溶體析出其次相的過程。4.1.3菲克擴散定律的應(yīng)用模型:氫通過金屬膜的擴散達到穩(wěn)態(tài)時的邊界條件:

C(x=0)=C2

C(x=δ)=C1

求解結(jié)果:氫在金屬膜的濃度為線性分布平視方向俯視方向應(yīng)用：測定碳在-Fe中的擴散系數(shù)2r2l2r12r12r2l>>r1000C[C]穩(wěn)態(tài)時:單位時間內(nèi)通過半徑為r(r2<r<r1)

的圓柱管壁的碳量為常數(shù):q/t-lnr實測的lnr與關(guān)系結(jié)論：1.當(dāng)lnr與呈直線關(guān)系時，D與碳濃度無關(guān)2.當(dāng)lnr與為曲線關(guān)系時，D是碳濃度的函數(shù)=常數(shù)徑向通量：J=

=-D=-D由菲克第一定律得：球坐標(biāo)中菲克其次定律的求解模型描述模型的邊界條件球?qū)ΨQ穩(wěn)態(tài)擴散分析過飽和固溶體析出其次相的形核與長大模型:兩端成分不受擴散影響的擴散偶邊界條件:

C(t=0,x>0)=C1

C(t=0,x<0)=C2

C(t>0,x=∞)=C1

C(t>0,x=-∞)=C2求解結(jié)果:模型:一端成分不受擴散影響的擴散體邊界條件:C(t=0,x>0)=C0C(t>0,x=0)=CsC(t>0,x=∞)=C0求解結(jié)果:假定滲碳一起先，滲碳源一端表面就達到滲碳?xì)夥盏奶假|(zhì)量濃度rs，則：模型:衰減薄膜源在金屬B的長棒一端沉積一薄層金屬A，將這樣的兩個樣品連接起來，就形成在兩個金屬B棒之間的金屬A薄膜源，然后將此擴散偶進行擴散退火，那么在確定的溫度下，金屬A溶質(zhì)在金屬B棒中的濃度將隨退火時間t而變。求解結(jié)果:當(dāng)擴散系數(shù)與濃度無關(guān)時，這類擴散偶的方程解是：4.1.4柯肯達爾效應(yīng)

柯肯達爾試驗描述黃銅與銅構(gòu)成擴散偶;鉬絲僅為參照物,不擴散;黃銅熔點低于銅;擴散組元為銅和鋅;銅和鋅構(gòu)成置換式固溶體;擴散在785oC進行?？驴线_爾試驗結(jié)果試驗結(jié)果的分析探討假設(shè)銅、鋅的擴散系數(shù)相等，相對鉬絲進行等原子的交換，由于鋅的原子尺寸大于銅，擴散后外圍的銅點陣常數(shù)增大，而內(nèi)部的黃銅點陣常數(shù)縮小，使鉬絲向內(nèi)移；假如點陣常數(shù)的變更是鉬絲移動的唯一緣由，那么移動的距離只應(yīng)當(dāng)有視察值的特殊之一左右；試驗結(jié)果只能說明，擴散過程中鋅的擴散流要比銅的擴散流大得多，這個大小的差別是鉬絲內(nèi)移的主要緣由；而且還發(fā)覺標(biāo)記面移動的距離與時間的平方根成正比；在Cu-Sn，Cu-Ni，Cu-Au，Ag-Au，Ag-Zn，Ni-C