学习教学教案第05章扩散.ppt

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1、第五章材料中的扩散扩散对于材料的加工过程具有重要影响第五章扩散SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E1第一节概述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）现象：柯肯达尔效应。（3）本质：原子无序跃迁的统计结果。（不是原子的定向移动）。第五章扩散第一节概述2第一节概述1扩散的现象与本质柯肯达尔效应第五章扩散第一节概述SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceand

2、Engineering.McGRAW.HILL.3/E3第一节概述2扩散的分类（1）根据有无浓度变化自扩散：原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。(如纯金属或固溶体的晶粒长大-无浓度变化。)互扩散：原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散。（有浓度变化）（2）根据扩散方向下坡扩散：原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散。上坡扩散：原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散。第五章扩散第一节概述4第一节概述2扩散的分类（3）根据是否出现新相原子扩散：扩散过程中不出现新相。反应扩散：由之导致形成一种新相的扩散。3固态扩散的条件（1）温度足够高；（2

3、）时间足够长；（3）扩散原子能固溶；（4）具有驱动力：化学位梯度。第五章扩散第一节概述SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E5第二节扩散定律1菲克(FickA)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。第五章扩散第二节扩散定律©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatra

4、demarkusedhereinunderlicense.Thefluxduringdiffusionisdefinedasthenumberofatomspassingthroughaplaneofunitareaperunittime6第二节扩散定律1菲克(FickA)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。第五章扩散第二节扩散定律©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearni

5、ng™isatrademarkusedhereinunderlicense.Illustrationoftheconcentrationgradient7第二节扩散定律第五章扩散第二节扩散定律1菲克(FickA)第一定律（2）表达式：（3）适用条件：稳态扩散,浓度及浓度梯度不随时间改变。8第二节扩散定律第五章扩散第二节扩散定律2菲克第二定律9第二节扩散定律第五章扩散第二节扩散定律3扩散第二定律的应用（1）误差函数解适用条件：无限长棒和半无限长棒。（恒定扩散源)表达式：(半无限长棒)例：在渗碳条件下：c(x,t)处的浓度；cs:表面含碳

6、量;c0:钢的原始含碳量。10第二节扩散定律3扩散第二定律的应用（2）高斯解(薄膜解）适用条件：限定扩散源、衰减薄膜源（扩散物质总量M不变；t=0,c=0)例：半导体Si中P的掺杂。第五章扩散第二节扩散定律11第三节扩散的微观机理与现象1扩散机制间隙－间隙；（1）间隙机制平衡位置－间隙－间隙：较困难；间隙－篡位－结点位置。（间隙固溶体中间隙原子的扩散机制。）第五章扩散第三节扩散机理12第三节扩散的微观机理与现象方式：原子跃迁到与之相邻的空位；（2）空位机制条件：原子近旁存在空位。（金属和置换固溶体中原子的扩散。）第五章扩散第三节扩散机

7、理©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.13第三节扩散的微观机理与现象直接换位（3）换位机制环形换位（所需能量较高。）第五章扩散第三节扩散机理©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.14第三节扩散的微观机理与现象2扩散程度

8、的描述（1）原子跃迁的距离R=√ГtR:扩散距离；Г：原子跃迁的频率（在一定温度下恒定）；:原子一次跃迁距离（如一个原子间距）。第五章扩散第三节扩散机理15第三节扩散的微观机理与现象2扩散程度的描述（2）扩散系数D=