材料科学基础-第4章分析.ppt

* LOGO Foundations of Materials Science School of Material Science and Engineering Henan Polytechnic University 任课教师：崔红保 第四章 扩散（Diffusion) 晶内偏析（coring segregation)：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。 枝晶偏析(dendrite segregation)：树枝晶的枝干和枝间化学成分不均匀的现象。 （消除：扩散退火(annealing)，在低于固相线温度长时间保温。 1 扩散的现象与本质 ? （1）扩散：热激活的原子通过自身的热振动克服束缚而迁 移它处的过程。 （2）本质：原子无序跃迁的统计结果。（不是原子的定向 移动）。 2.稳定扩散和不稳定扩散1）稳定扩散(steady diffusion) 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， J=const。 2）不稳定扩散(unsteady diffusion)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。 菲克第一定律 菲克(A.Fick)在1855年总结出的，数学表达式为： J为单位时间通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质的通量，单位是 为溶质原子的浓度梯度； 负号表示物质总是从浓度高处向浓度低的方向迁移；比例常数D称为扩散系数，单位为 ?2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning? is a trademark used herein under license. The flux during diffusion is defined as the number of atoms passing through a plane of unit area per unit time 1 菲克(Fick A)第一定律 （1）第一定律描述：单位时间内通过垂直于扩散方向的某一单位面积截面的扩散物质流量（扩散通量J）与浓度梯度成正比。 1 菲克(Fick A)第一定律 （1）第一定律描述：单位时间内通过垂直于扩散方向的某一单位面积截面的扩散物质流量（扩散通量J）与浓度梯度成正比。 ?2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning? is a trademark used herein under license. 二、 菲克第一定律 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度区迁移的定量公式。 假设有一单相固溶体，横截面积为A，浓度C不均匀，在dt时间内，沿方向通过处截面所迁移的物质的量与处的浓度梯度成正比：   菲克第二定律  当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间而改变时，利用式（1）不容易求出。但通常的扩散过程大都是非稳态扩散，为便于求出，还要从物质的平衡关系着手，建立第二个微分方程式。 ? 一维扩散 如图所示，在扩散方向上取体积元 和 分别表示流入体积元及从体积元流出的扩散通量，则在Δt时间内，体积元中扩散物质的积累量为    扩散流通过微小体积的情况 如果扩散系数与浓度无关，则上式可写成 一般称下两式为菲克第二定律。 §5.1.3 扩散定律的应用 菲克第一定律： 菲克第二定律： 限定源（瞬间平面源）扩散的解： 恒定源（恒定平面源）扩散的解： 通解： 特解： 实验过程： 在长方形的黄铜（Cu+30%Zn）棒上缚上很细的钼丝作为标记，再在黄铜上镀铜，将钼丝包在黄铜与铜中间。 黄铜与铜构成扩散偶；高熔点金属钼丝仅仅作为标志物，在整个过程中并不参与扩散；黄铜的熔点比铜的熔点低；扩散组元为铜和锌，二者构成置换式