华南师范大学材料科学与工程教程第七章 扩散与固态相变(一).ppt

* * 第七章 扩散与固态相变（一） * * 概述 扩散现象：气体和液体中，例如在房间的某处打开一瓶香水，慢慢在其他地方可以闻到香味，在清水中滴入一滴墨水，在静止的状态下可以看到他慢慢的扩散。 扩散：由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的热运动而产生的物质迁移现象称为扩散。扩散的宏观表现是物质的定向输送。 water adding dye partial mixing homogenization time * * 说明 在固体材料中也存在扩散，并且它是固体中物质传输的唯一方式。因为固体不能象气体或液体那样通过流动来进行物质传输。即使在纯金属中也同样发生扩散，用掺入放射性同位素可以证明。 扩散在材料的生产和使用中的物理过程有密切关系，例如：凝固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复和再结晶、固态相变、化学热处理、烧结、氧化、蠕变等等。 * * 扩散现象(diffusion) 原子或离子迁移的微观过程以及由此引起的宏观现象。 半导体掺杂 固溶体的形成 离子晶体的导电 固相反应 相变 烧结 材料表面处理 扩散 * * ? 表面硬化: --Diffuse carbon atoms into the host iron atoms at the surface. --Example of interstitial diffusion is a case hardened gear. ? Result: The Case is --hard to deform: C atoms lock planes from shearing. --hard to crack: C atoms put the surface in compression. 8 扩散的应用 (1) * * ? 在硅中掺杂磷制备N型半导体: ? Process: 9 1. Deposit P rich layers on surface. 2. Heat it. 3. Result: Doped semiconductor regions. SEM images and dot maps 扩散的应用 (2) * * 在稳态扩散中，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，即任一点的浓度不随时间变化。 扩散定律 稳态扩散与非稳态扩散 在非稳态扩散中，通量随时间而变化。 一、 扩散定律及其应用 * * Adolf Fick, Created the Contact Lens Adolf Fick, a German physiologist and inventor, was born on August 3rd, 1829, in Kassel, Germany. In 1855, he introduced “Fick’s Law of Diffusion” which described the dispersal of gas as it passes through a fluid membrane. An astigmatism in his eyes led Fick to explore the idea of a contact lens, which he successfully created in 1887. His other research resulted in the development of a technique to measure cardiac output. Adolf Fick’s work served as a vital precursor in the studies of biophysics, cardiology, critical care medicine, and vision. * * Fick的经典实验 Solid NaCl 饱和溶液 浓度为0 * * 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。 ? ? The flux during diffusion is defined as the number of atoms passing through a plane of unit area per unit time * * 单位：扩散通量，J，atoms/(m2·s)或kg/(m2·s)