文章目录
- 扩散定律及其应用
- 扩散的微观机理
- 扩散的热力学理论
- 反应扩散
- 影响扩散的因素
扩散定律及其应用
扩散:由于热运动导致原子(分子)在介质中的迁移现象
- 扩散定律
- 菲克第一定律
- 条件:
浓度分布与时间无关,仅与位置有关的情况。即:适用于稳态扩散的情况
- 公式
为扩散通量,单位时间,垂直通过单位面积的物质量; 为扩散系数; 为体积浓度(单位体积原子质量); 为距扩散源距离; - 说明
符合适用条件的情况并不多,一般 要随
- 菲克第二定律
- 条件
浓度分布与时间、位置都有关的情况。即:适用于非稳态扩散的情况
- 公式
- 积存量与积存率
瞬时浓度
流入量 - 流出量 = 积存量 - 公式推导
- 扩散定律的应用
- 扩散第一定律的应用 — 求扩散系数
- 思路
找出直接或间接的方法测定 和 - 实例------测定C在
- 扩散第二定律的应用 ----- 渗碳处理 ----- 恒定源扩散
扩散的微观机理
- 间隙机制
- 间隙扩散
- 间隙机制 ------- 间隙小原子的迁移
间隙位置原子克服势垒跃入另一间隙中 物质迁移 激活能
- 填隙机制 -------间隙大原子的迁移
间隙原子(溶质原子)、脱位原子(溶剂原子) 挤走相邻晶格位置的原子 新的间隙原子 物质的迁移
- 置换机制
- 空位机制
原子跳入相邻空位中 实现物质迁移
- 直接换位机制和环形换位机制
两个(多个)原子协同跳动 实现物质迁移
科肯道尔效应:扩散偶界面两侧原子互扩散速度不相等 ---- 界面迁移
- 原子热运动与晶体的扩散
- 热运动对扩散系数的影响
对晶体中的原子而言,大部分原子振动,个别原子跳动;
对单个原子而言,大部分时间振动,某一时刻跳动。
原子向任意方向跳动的几率相等,跳动路线是曲折的
:扩散系数;:扩散距离;:扩散几率;:跃迁频率。
- 间隙机制激活能
激活能 =体系自由能增加 = 推开两侧原子的能量
- 空位机制激活能
- 比较
- 晶态化合物中的扩散
- 本征缺陷 本征扩散
- 非本征缺陷 非本征扩散
- 非晶态固体中的扩散
原子排列松散
原子能量较高
扩散的热力学理论
- 扩散驱动力
化学势
势能对距离的函数
有时浓度梯度与化学位梯度不总是一致 - 上坡扩散
诱发原因
弹性应力场作用:应力梯度抵消浓度梯度
电场、磁场的作用:电场、磁场对带电粒子的运动产生影响
晶界内吸附作用:溶质原子向晶界偏聚
调幅分解:典型的化学位梯度与浓度梯度方向相反 - 原子迁移率与扩散系数
组元 的平均速度
------- 组元在单位驱动力作用下的运动速率 ------- 迁移率
反应扩散
- 定义
元素渗入量(扩散量)超过固溶度极限,形成新相的扩散 - 特点
- 金属表层分为新相层和有渗入无新相层,两层之间有明确界面
- 反应速度取决于原子扩散速度或化学反应速度
初期,渗层薄,化学反应速度决定整个反应的速度
后期,渗层厚,原子扩散速度决定整个反应的速度 - 二元系合金发生反应扩散时,扩散过程中渗层各部分不可能出现两相混合区(若出现,驱动力,反证)
影响扩散的因素
- 温度
原子能量 迁移频率、迁移几率、迁移距离都 - 晶体结构与类型
- 晶体结构
致密度 原子迁移难
溶解度
各向异性晶体 - 固溶体类型
间隙固溶体
置换固溶体
- 晶体缺陷
- 点缺陷浓度高
- 沿位错扩散 ;越过位错扩散
- 外表面缺陷 ;内表面(界面)
- 化学成分
- 浓度大,浓度梯度大,
- 第三组元,影响大且复杂
- 外表面缺陷 ;内表面(界面)
- 化学成分
- 浓度大,浓度梯度大,
- 第三组元,影响大且复杂