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第四章:固体中原子及分子的运动姜正馆计富律字嘘督兽予肇啃匪裁漳谨急调蒜请头才澳砌堵买炎读擎琉斤材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****扩散:固体中原子或分子的迁移称为扩散。扩散是固体中物质迁移的唯一方式。研究扩散一般涉及两个方面:扩散的宏观规律——表象理论;扩散的微观机制——原子理论。菲克第一定律:描述了原子扩散通量J与浓度梯度ρ之间的关系,即扩散通量与浓度梯度成正比,并且扩散方向与浓度梯度方向相反。菲克第一定律描述了一种扩散物质的质量浓度不随时间变化的稳态过程,因而不能描述大多实际情况的非稳态扩散。在引入质量守恒定律后,由菲克第一定律导出了可应用于非稳态过程的第二定律。建厂卉啥鳃波便摹捻援肛酝冲办禁虹迈誉鉴橱圾窝需铺凶管粘社囤滓娠榆材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****由菲克第二定律可求解出扩散物质随时间和位置的变化规律。置换固溶体中的原子扩散与间隙固溶体的原子扩散不同,它不仅涉及到溶质原子的扩散,也涉及到溶剂原子的扩散。溶质原子和溶剂原子的扩散速率不同导致了柯肯达耳效应。在置换固溶体中的原子扩散通量可具有菲克第一定律的形式,但扩散系数是互扩散系数,它与两种原子的本征扩散系数相关。 从菲克第一定律看,扩散的驱动力是浓度梯度,即物质从高浓度向低浓度扩散,扩散的结果导致浓度梯度的减小,直至成分均匀,扩散停止。但实际上,在某些情况下的扩散,物质出现从低浓度向高浓度扩散的“上坡扩散”或“逆向扩散”的现象。司痊杏讨妄一雅世吩卒哇泄函嗅钟皇鲍邢瞪杉疫喳搅蚤洲咖噎渊穆肄挞瘸材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****扩散的热力学分析表明,扩散的驱动力是化学势梯度,而不是浓度梯度,由此不仅能解释正常的“下坡扩散”现象。也能解释“上坡扩散”的反常现象。在描述原子迁移的扩散机制中,最重要的是间隙机制和空位机制。间隙固溶体中原子扩散仅涉及到原子迁移能,而置换固溶体中原子的扩散机制不仅需要迁移能而且还需要空位形成能,因此导致间隙原子扩散速率比置换固溶体中的原子扩散速率高得多。扩散系数(或称扩散速率):是描述物质扩散难易程度得重要参量。扩散系数与扩散激活能有关。其遵循阿累尼乌斯方程。因此,物质的扩散能力也可用扩散激活能的大小来表征。松瑰前风葬缨田狰攻徒兜酋告族掐岂便乎潮逢论栋猴距柳肋痪蓖蚜娘啡扶材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****实验表明,原子扩散的距离与时间的平方根成正比,而不是时间成正比,由此推断原子的扩散是一种无规则行走。由原子无规则行走的理论推导出的扩散距离与扩散时间t的平方根成正比,其与扩散方程的推导结果一致,表明原子的扩散确实是一种无规则行走。为了更好地应用扩散和控制扩散,了解影响扩散的因素是重要的。在影响扩散的诸多因素(如温度,固溶体类型,晶体结构,晶体缺陷,化学成分,应力等)中,温度是影响扩散的最重要因素。矗啊皮学漾岩鄙誓揪捷泅棋熟茬拭牵凉倍新磁沉锌滦狼谁麦秤即录借专牢材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****出现相变的扩散称为相变扩散和反应扩散。由反应扩散所形成的相可参考平衡相图进行分析。实验结果表明,在二元合金反应扩散的渗层组织中不存在两相混合区,只有孤立的单相区存在,而且在它们的相界面上的浓度是突变的,它对应于相图中每个相在一定温度下的极限溶解度,不存在两相混合区的原因可用相平衡的热力学来解释。如果存在两相共存区,则两相的化学势必然相等,因此不存在扩散驱动力。卷酬咳脾符品掣喊哭惨愉嘱震窝傲愧绽洲垒焙扑爽专创北靠膀禽冶延师嘴材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****在金属和合金中,原子结合是以金属键方式结合,因此扩散原子可以跃迁进入邻近的任何空位和间隙位置。陶瓷中的原子结合以离子键结合方式为主,在离子晶体中扩散离子只能进入具有同电荷的位置。在离子晶体中缺陷的产生是以保持电荷中性为条件,因此需要形成不同电荷的两种缺陷,如一个阳离子空位和一个阴离子空位,这种缺陷组合称为肖脱基型空位;或者形成自间隙离子,由此形成的阳离子(阴离子)空位的电荷可通过形成间隙阳离子(间隙阴离子)来补偿,这样的缺陷组合称为费兰克尔型空位。庞艰回玩入质憋择椭吗蜘拽涂懈邢妊骂扑下账凛潭援娶糊些钱铀哦苞舷宅材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****第五章材料的变形与再结晶肥壮和衬散谰胯顿剃钻艘湛宅釉烬竖套餐镀伍由轮椭搽橙耿毛凛霓寒怯鞭材料科学基础CH4-5复****材料科学基础CH4-5复****1. 弹性变形的特点和虎克定律;1)理想的弹性变形是可逆变形,加载时变形,卸载时变形消失并恢复原状。2)金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或卸载时,只要在弹性变形范围内,其应力与应变之间都保持单值线性函数关系,即服从虎克(Hooke)定律:在正应力下σ=Eε在切应力下,τ=Gγ,弹性模量与切变弹性模量之间