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2． 扩散机制（Diffusion Mechanisms） 体积扩散过程的基本步骤是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置，也就是说，通过原子在整体材料中的移动而发生质量迁移，在自扩散的情况下，没有净的质量迁移，而是原子从一种无规则状态在整个晶体中移动，在互扩散中，几乎都发生质量迁移，从而减少成分上的差异。已经提出了各种关于自扩散和互扩散的原子机制，扩散的微观机制主要有三种。 1)? 晶体 空位扩散(Vacancy Diffusion)：一个原子与一个相邻空位交换位置 这是大多数金属和置换固溶体合金中的扩散机制。 间隙扩散(Interstitial Diffusion)：间隙式固溶体 H, C, N, O 直接交换机制：相邻原子成对地互相交换位置，由于与其相应的激活能非常高，所以极难，很少发生 下页 扩散通道：沿位错、晶界、外表面 扩散的激活能(Activation Energy) – Q ： 扩散系数(Diffusion Coefficient) D = D o e –Q/RT 自扩散的Q随熔点升高而增加，这说明原子间的结合能强烈地影响扩散进行的速率 Section 6.5 金属的扩散激活能 (kcal/mol) Tm Q 离子材料的扩散激活能 空位机制 2）聚合物的扩散情况 在长链聚合物中（高分子）扩散有： 自扩散：包括分子链段的运动，并且与材料的粘滞流动相关。 外来分子的扩散：关系到聚合物呈现的渗透性和吸收性能。 渗透性：高分子膜的分离，耐腐蚀性，分子间隙 在渗透时，较小的分子扩散通过聚合物，小分子的扩散比大分子的扩散快得多，并且只有那些可溶的、而又基本上不与聚合物起化学反应的原子和分子比较容易扩散，扩散的通道几乎总是通过聚合物内的非晶区，因为对于外来小分子的迁移，结晶区的阻碍大得多。 吸收性：较小的分子进入聚合物引起溶胀，或许还引起化学反应。 渗透和吸收都会改变聚合物的力学性能和物理性能。 4． 扩散的数学模型 稳态(Steady-state)：单位时间内通过垂直于给定方向的单位面积的 净原子数（称为通量）不随时间变化。 Fick第一定律： Jx = - D Δc /Δx Jx ：扩散通量 (Diffusion Flux) D：扩散系数，cm2/s (Diffusion Coefficient) Δc /Δx：浓度梯度 (Concentration Gradient) 物质迁移方向与浓度梯度的方向 相反 线性浓度梯度 非稳态（Nonsteady-state）： 给定地点的浓度随时间而变化，所以通量也随时间而变化。 Fick第二定律： dc /dt = D d2c /dx2 c 为物质的体积浓度，x 为距离。 对于 许多边界条件和初始条件，此方程的解已经求得。 互扩散系数：D≈XBDA+XADB DA、DB: A-B置换固溶体中与A原子和B原子的扩散有关的本征扩散系数； XA、XB: 各自的摩尔分数。 显然，如果DA和DB不等，则D与成分有关。 1) 在稀固溶体（即XA≈1,XB≈0)的互扩散中，稀组元的本征扩散系数就给出了互扩散系数（即D≈DB); 2) 如果一个组元比另一个组元活动得多（即DBDA),则这一组元就确定了合金中的互扩散系数（即D≈XADB) A plate of iron is exposed to a carburizing (carbon-rich) atmosphere on one side and a decarburizing (carbon-deficient) atmosphere on the other side at 700℃. If a condition of steady state is achieved, calculate the diffusion flux of carbon through the plate if the concentrations of carbon at