固体中原子的扩散.pptxVIP

固体中原子的扩散;第2页/共69页;;第四章 固体中原子的运动内容;4.1.1 菲克第一定律(Fick’s first law);;稳态时: 单位时间内通过半径为r(r2rr1) 的圆柱管壁的碳量为常数: q/t;;4.1.2 菲克第二定律 (Fick’s second law);在体积元(Adx)内;若D与浓度无关，则：;菲克定律描述了固体中存在浓度 梯度时发生的扩散，称为化学扩散;4.1.3 扩散方程的解;解微分方程，得质量浓度ρ随距离x和时间t变化的解析式为：;2. 一端成分不受扩散影响的扩散体;;;3. 衰减薄膜源;第19页/共69页;第20页/共69页;第21页/共69页;成分偏析的均匀化 ; 平均质量浓度 A0 偏析的起始振幅 λ 枝晶二次轴之间的一半距离;Kirkendall的实验 (1947年发表);实验发现，在785oC退火时，随着退火时间延长，Mo丝间距变小，这意味着Mo丝向内移动－Kirkendall效应。;退火过程中由于成分不均匀，Zn将向外扩散，而Cu则向里扩散。Cu的原子半径略小于Zn，随着黄铜中渗入Cu，其点阵常数将变小；而纯Cu中渗入Zn后点阵常数将变大。此效果可使得Mo丝向内移动。;后来人们又在许多不同的合金体系中观察到了Kirkendall效应。如面心立方的Ag-Au, Al-Ni, Cu-Al, Au-Cu以及体心立方的Ti-Mo等体系。甚至在液体相中也观察到了Kirkendall效应，表明此效应是二元合金或溶体中存在的一个普遍现象。;达肯（Darken）在1948年对柯肯达尔作了唯象的解析，他把标记飘移看作类似流体运动的结果，即整体地流过了参考平面。他获得标记飘移地速度表达式为： 或 式中x1和x2分别表示组元1和组元2地摩尔分数。由上式可知，当组元1和组元2地扩散系数D1和D2相同时，标记飘移速度为零。 ;4.2 扩散的热力学分析;由菲克第一定律：;由上式可得：;4.3 扩散的原子理论;间隙原子扩散－原子直径小的间隙原子由晶体结构中的一个间隙位置跃迁到另一个相邻的间隙位置的微观过程。例如C在奥氏体铁中扩散－八面体间隙之间的跃迁。这些间隙小原子的扩散系数比基体金属原子的自扩散系数可高出数万倍以上。主要有?推入间隙机制和?挤列机制;;4.3.2 原子跳跃和扩散系数;1. 原子跳跃频率;1. 原子跳跃频率;1. 原子跳跃频率;2.扩散系数（间隙扩散） ;2.扩散系数（间隙扩散） ;2.扩散系数（置换扩散）;2.扩散系数（置换扩散）;;阿累尼乌斯方程;2. 扩散系数;4.4 扩散激活能;金属与合金中扩散系数与温度的关系服从Arrhenius方程;扩散的原子理论;两种不同扩散机制低温时显示出明显的不同;4.5 无规行走与扩散距离;4.6 影响扩散的因素;3. 晶体结构;; 不同金属的自扩散激活能与熔点、熔化潜热、体积膨胀或压缩系数相关，熔点高的金属自扩散激活能大,扩散困难。 扩散系数与溶质的浓度有关。 第三组元可能提高、也可能降低二元合金原子扩散速度，或者几乎无作用，特别应注意第三组元引起的上坡扩散，如下图所示的达肯的工作：;讨论 ;4.7 反应扩散;;第58页/共69页; 具有取向关系的电子衍射花样 ;三种结构类型的ε相的TEM鉴别;3.6.3 单晶电子衍射花样的基本应用 ;气体渗氮 工艺制定;图中的组织显然不能满足要求，心部也不能出现块状铁素体。;1）直接淬火+回火：;;第三次课外作业;第三次课外作业;第三次课外作业;谢谢观看！