固体中原子及分子的运动 (2)精选PPT.ppt

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1、 meg/aol 02关于固体中原子及分子的运动(2)第1页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02扩散过程的分类按浓度：互扩散，自扩散按方向：顺扩散，逆扩散按路径：体扩散，表面扩散，晶界扩散第2页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02怎样研究扩散表象理论:原子理论:影响因素:实际应用:第3页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 024.1 表象理论 完全混合部分混合时间加入染料水第4页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02Fe-C合金碳源固体物质间的扩散第5页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02高碳含量区域低碳含量区域碳的扩散方向Fe-

2、C合金碳源第6页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 024.1.1 菲克第一定律(Ficks first law)J=-Dddx稳态扩散J:扩散通量(mass flux),kg/(m2s)D:扩散系数(diffusivity),m2/s:质量浓度，kg/m3 :浓度梯度12dxJ(12)第7页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 024.1.2 菲克第二定律大多数扩散过程是非稳态扩散过程，某一点的浓度是随时间而大多数扩散过程是非稳态扩散过程，某一点的浓度是随时间而变化的，这类过程可由菲克第一定律结合质量守恒条件导出来变化的，这类过程可由菲克第一定律结合质量守恒条件导出来处理。

3、下式为菲克第二定律：处理。下式为菲克第二定律：该方程称为菲克第二定律或扩散第二定律。如果假定该方程称为菲克第二定律或扩散第二定律。如果假定D与浓度无关，与浓度无关，则上式可简化为：则上式可简化为：菲克第二定律普遍式为菲克第二定律普遍式为:第8页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02不同坐标系中的菲克第二定律不同坐标系中的菲克第二定律 柱坐标系中柱坐标系中:柱对称扩散柱对称扩散,D与浓度无关菲克第与浓度无关菲克第二定律的表达二定律的表达应用应用:分析纯铁空心圆筒的高温渗碳分析纯铁空心圆筒的高温渗碳问题。问题。球坐标系中球坐标系中:球对称扩散球对称扩散,D,D与浓度无关菲克与浓度无关菲

4、克第二定律的表达第二定律的表达 应用应用:分析过饱和固溶体析出第二分析过饱和固溶体析出第二相的过程。相的过程。第9页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 024.1.3 菲克扩散定律的应用模型:氢通过金属膜的扩散达到稳态时的边界条件:C(x=0)=C2 C(x=)=C1 求解结果:氢在金属膜的浓度为线性分布第10页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02平视方向俯视方向应用：测定碳在-Fe中的扩散系数2r2l2r12r12r2lr1000CC第11页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02稳态时:单位时间内通过半径为r(r2r0)=C1 C(t=0,x0,x=)=C

5、1 C(t0,x=-)=C2求解结果求解结果:第14页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02模型模型:一端成分不受扩散影响的扩散体一端成分不受扩散影响的扩散体边界条件边界条件:C(t=0,x0)=C0 C(t0,x=0)=Cs C(t0,x=)=C0求解结果求解结果:假定渗碳一开始，渗碳源一端表面就达到渗碳气假定渗碳一开始，渗碳源一端表面就达到渗碳气氛的碳质量浓度氛的碳质量浓度rs，则：，则：第15页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02模型模型:衰减薄膜源衰减薄膜源 在金属在金属B的长棒一端沉积一薄层金属的长棒一端沉积一薄层金属A，将这样的两个样品连，将这样的两个样品

6、连接起来，就形成在两个金属接起来，就形成在两个金属B棒之间的金属棒之间的金属A薄膜源，然后将此薄膜源，然后将此扩散偶进行扩散退火，那么在一定的温度下，金属扩散偶进行扩散退火，那么在一定的温度下，金属A溶质在金属溶质在金属B棒中的浓度将随退火时间棒中的浓度将随退火时间t而变。而变。求解结果求解结果:当扩散系数与浓度无关时，这类扩散偶的方程解是：当扩散系数与浓度无关时，这类扩散偶的方程解是：第16页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 024.1.4 柯肯达尔效应 柯肯达尔实验描述柯肯达尔实验描述黄铜与铜构成扩散偶黄铜与铜构成扩散偶;钼丝仅为参照物钼丝仅为参照物,不扩散不扩散;黄铜熔点低于

7、铜黄铜熔点低于铜;扩散组元为铜和锌扩散组元为铜和锌;铜和锌构成置换式固溶体铜和锌构成置换式固溶体;扩散在扩散在785C进行。进行。柯肯达尔实验结果柯肯达尔实验结果第17页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02实验结果的分析讨论实验结果的分析讨论假设铜、锌的扩散系数相等，相对钼丝进行等原子的交换，由于锌的原子尺寸大于铜，扩散后外围的铜点阵常数增大，而内部的黄铜点阵常数缩小，使钼丝向内移；如果点阵常数的变化是钼丝移动的唯一原因，那么移动的距离只应该有观察值的十分之一左右；实验结果只能说明，扩散过程中锌的扩散流要比铜的扩散流大得多，这个大小的差别是钼丝内移的主要原因；而且还发现标志面移动的距离与时间的平方根成正比；在Cu-Sn，Cu-Ni，Cu-Au，Ag-Au，Ag-Zn，Ni-Co，Ni-Cu，Ni-Au等置换式固溶体中都会发生这种现象；标志物总是向着含低熔点组元较多的一方移动。相对而言，低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢。正是这种不等量的原子交换造成了克根达耳效应。第18页，讲稿共19张，创作于星期日 meg/aol 02感谢大家观看第19页，讲稿共19张，创作于星期日