第八章扩散（Diffusion）.ppt

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)
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。
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。
第八章: 扩散(Diffusion)
  扩散现象及扩散定律

(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。
第八章: 扩散(Diffusion)
  扩散现象及扩散定律

(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
第八章: 扩散(Diffusion)
  扩散现象及扩散定律

(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
第八章: 扩散(Diffusion)
  扩散现象及扩散定律

(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)



第八章: 扩散(Diffusion)
扩散机制与扩散条件

从微观角度解释扩散

间隙固溶体中溶质原子从一个间隙位置扩散到另一个间隙需要排开周围原子,
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。
第八章: 扩散(Diffusion)
扩散机制与扩散条件

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。
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:

间隙原子扩散需温度低: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。