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第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散:是物质内部由于热运动而导致原子或分子迁移的过程。闻到花香:气体扩散水中滴墨水:液体扩散扩散速度快固态扩散(速度慢) 1 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散现象及扩散定律 扩散现象及本质柯肯达尔效应: Cu棒与 Ni棒焊在一起,界面缠一金属丝,置于高温下一段时间,发现金属丝向 Ni处移动。2 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散现象及扩散定律 扩散现象及本质 Q——激活能(原子扩散必需克服的能量) Q越高,原子越不易扩散。随着 T↑,原子热运动加剧,当具有的能量大于 Q时,扩散至另一平衡位置。 3 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散现象及扩散定律 扩散定律 (稳态扩散定律) 扩散定律表达出扩散速度问题。 Fick 在1855 年做如下实验,得出扩散第一定律。如果在扩散过程中,各处浓度只随距离 X变化,与时间无关,则扩散称为稳态扩散。 4 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散现象及扩散定律 扩散定律 (稳态扩散定律) 如果在扩散过程中,各处浓度只随距离 X变化,与时间无关,则扩散称为稳态扩散。扩散第一定律:在扩散过程中,在单位时间内通过单位面积上的扩散通量(J)与浓度梯度( dc/dx )成正比。重要的物理量 5 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散现象及扩散定律 扩散定律 (稳态扩散定律) 负号“-”:表示扩散流向与浓度梯度方向相反,溶质向浓度降低的方向扩散。实际情况下,满足第一定律的情况少见( J与dc/dx 不随时间改变)。实际材料中的扩散(如渗碳、均匀化退火等) J、dc/dx 均随时间变化。重要物理量 6 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散现象及扩散定律 扩散定律 (非稳态扩散定律) 在扩散过程中,各处浓度不仅随距离 X变化,而且随时间( t)变化。既: C=f(x,t) 推导扩散第二定律(在第一定律基础上) 扩散方程的实际应用 2 2x cDt c????? 7 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散机制与扩散条件 扩散机制从微观角度解释扩散 , 其扩散激活能 Q低,容易扩散。例:钢中渗碳在 A 区, C沿r-Fe 间隙向内部扩散。 8 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散机制与扩散条件 扩散机制从微观角度解释扩散 (1)换位扩散①直接换位: Q高,难实现。②环形换位:扩散速度低(2)空位扩散借助空位,实现扩散 Q↓→符合实际置换扩散速度低于间隙扩散速度。 9 第八章: 扩散( Diffusion ) 扩散机制与扩散条件 固态金属扩散的条件固态原子若实现宏观定向输送,必须满足如下条件: :如 C,约在 100 ℃置换原子扩散需温度高:如 Fe,在 500 ℃以上。∴热处理在高温下加热。 10