材料科学基础 第２版 教学课件 ppt 作者 石德珂 西安交通大学 主编 1 第六章　扩散与固态相变

《材料科学基础 第２版 教学课件 ppt 作者 石德珂 西安交通大学 主编 1 第六章　扩散与固态相变》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、在线教务辅导网：http://www.shangfuwang.com教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187或者直接输入下面地址：http://shop106150152.taobao.com第六章　扩散与固态相变第一节　扩散定律及其应用第二节　扩散机制第三节　影响扩散的因素与扩散驱动力第四节　几个特殊的有关扩散的实际问题第五节　固态相变中的形核第六节　固态相变的晶体成长第七节　扩散型相变第八节　无扩散相变.一扩散定律（1）稳态扩散－菲克第一定律(Fick’sfirstlaw)如果扩散流不随时间改变

2、某种气体原子穿过金属薄板时，两侧气体浓度（或压力）保持不变，即浓度（或压力）差不变如图PAPBPAPB金属薄板扩散方向扩散截面A扩散组元的浓度C位置x第一节　扩散定律及其应用菲克第一定律的表达式为J为扩散通量；C为扩散组元的体积浓度；D为扩散系数(m2/s)；为浓度梯度；“－”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向非稳态扩散－菲克第二定律(Fick’ssecondlaw)扩散距离扩散组元的浓度C图5-2不同时刻非稳态扩散的成分分布菲克第二定律的表达式为由扩散过程的初始条件和边界条件可求出此式的通解。利用通解可解决包括非恒稳态扩散

3、具体扩散问题（3）扩散问题的计算对于半无限固体其表面浓度保持不变，例如对于气体扩散问题，其表面分压保持一定的情况下，进行如下假设：1)扩散前任何扩散原子在体内的分布是均匀的,此时的浓度设为C02)在表面的值设为零且向固体内部为正方向；3)在扩散开始之前的时刻确定为时间为零在D已知的情况下，在任何时刻和位置的浓度Cx是无量纲参数的函数假设在某一合金中希望得到的某种元素的浓度为C1，等式6-3左边就变为：由此说明“规定浓度的渗层深度”x正比于，如要使扩散层深度增加一倍则扩散时间要增加三倍，基于这一关系式便可进行一些扩散问题的计算

4、。间隙扩散：当一个间隙原子从一个间隙位置迁移到另一个空的间隙位置的过程，称为间隙扩散，如图5-5所示。在金属合金中，由于间隙原子的半径较小，因此可移动性强，间隙扩散比空位扩散快得多。而且空的间隙位置比空位数目多很多，因此间隙原子移动的可能性也比空位扩散大。图5-5间隙扩散示意图扩散前间隙原子的位置扩散后间隙原子的位置扩散系数是计算扩散问题的重要参数，目前普遍采用下式来求扩散系数，即：扩散系数（5-5）式中D0为扩散常数。Q为扩散激活能。对于间隙扩散，Q表示每mol间隙原子跳跃时需越过的势垒，Q表示NA个空位形成能加上每1mo

5、l原子向空位跳动时需越过的势垒。对于一定的扩散系统D0及Q为常数。某些扩散系统的D0及Q见表6-2。由表中的数据可以看到，置换扩散的Q值较高，这是渗金属比渗碳慢得多的原因之一。温度固溶体类型晶体结构浓度合金元素的影响影响扩散的因素1）温度：由(5-5)式可知D与温度成指数关系，可见温度对扩散速度影响很大。例如从表6-2中可以看到，当温度从500℃升高到900℃时，Fe在-Fe中的扩散系数从3.010-21增加到1.810-15m2/s，增加了近六个数量级。2）固溶体类型：间隙固溶体中，间隙原子的扩散与置换固溶体中置换原

6、子的扩散其扩散机制不同，前者的扩散激活能要小的多，扩散速度也快得多。3）晶体结构：温度及成分一定的条件下，任一原子在密堆点阵中的扩散要比在非密堆点阵中的扩散慢。这是由于密堆点阵的致密度比非密堆点阵的大引起的。这个规律对溶剂和溶质都适用，对置换原子和间隙原子也都适用。4）浓度：扩散系数是随浓渡而变化的，有些扩散系统如金一镍系统中浓度的变化使镍和金的自扩散系数发生显著地变化。5）合金元素的影响：在二元合金中加入第三元素时，扩散系数也发生变化。影响扩散的因素反映扩散图5-6短路扩散晶体中原子在表面、晶界、位错处的扩散速度比原子在晶

7、内扩散的速度要快，因此称原子在表面、晶界、位错处的扩散为短路扩散。ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.其他扩散问题若一根纯铁棒．一端与石墨装在一起然后加热到T1=780℃保温。研究渗碳铁棒后会发现铁棒在靠近石墨一侧出现了新相相(纯铁780℃时应为相)，相右侧为相；随渗碳时间的延长－界面不断向右侧移动。铁－碳相图及不同时刻铁棒的成分分布图5-6所示。这种通过扩散而产生新相的现象被称为反应扩散或相变扩散。合

8、金元素对碳在-Fe中的扩散的影响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。（1）一维扩散如图3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