第五章扩散动力学简介VIP免费

第五章、扩散动力学简第五章、扩散动力学简介介1.菲克定律2.各种扩散系数3.扩散系数的测定方法4.扩散机制内容内容•菲克第一定律：(，稳态）•菲克第二定律：（，非稳态）gradcDJ22xcDtcJ:某一种物质的扩散通量;c:物质的浓度;“—”表示通量的方向与浓度梯度的方向相反。0tc0tc（假设D与浓度无关）1.1.菲克定律菲克定律2.2.各种扩散系数各种扩散系数1.自扩散系数2.杂质扩散系数3.本征扩散系数4.化学扩散系数各种扩散系数介绍示意图2.1自扩散系数*26AAflD***212()[1...]AAAABABBABBDDXDbXbX纯金属元素中的自扩散（如图7a中所示）f:相关因子，数值上与晶体结构和扩散机制有关；l:原子的跳跃跨度；:晶体中原子在某一位置停留的时间。示踪自扩散系数(tracerself-diffusion):元素在固溶体合金相中的自扩散(dilutesolution)（如图7c中所示）自扩散系数(self-diffusion):在A元素的固体中研究A原子的扩散自扩散系数可通过测量放射性同位素示踪原子浓度获得***212()[1...]BBBABABBABBDDXDBXBX2.2杂质扩散系数(Impuritydiffusioncoefficient)在B为溶质，A为溶剂的溶液中，当B浓度非常小时，测量B在纯金属A中扩散系数，我们称之为杂质扩散系数，用表示。如图7c.*BAD2.3化学扩散系数(相互扩散系数)Chemicaldiffusioncoefficient♠化学扩散系数:存在化学浓度梯度时测定的扩散系数,可以表示为♠可以由成分-扩散厚度曲线推算出来♠通常与成分相关~D2.4本征扩散系数(intrinsicdiffusioncoefficient)AB合金中的本征扩散系数（组元扩散系数）DA和DB描述了A和B两种物质相对于点阵平面的扩散；由于A和B的扩散系数不同,因而存在着原子通过点阵平面的净流量；如果点阵位置数是守恒的,那么点阵平面将沿着样品中某个固定的轴运动,以弥补原子通过点阵平面的不相等的流量，同时点阵位置将在扩散带一侧产生而在另一侧消失；点阵位置的产生与消失是通过点缺陷(如空位，间隙原子)的形成与消失来实现的；点阵平面相对于样品中某个固定的轴的偏移:柯肯达尔效应.2.4本征扩散系数柯肯达尔效应JA和JB表示A，B物质的扩散通量；JM是导致柯肯达尔偏移l的净余通量。由于DA>DB,在A侧将产生小孔。在柯肯达尔效应中经常可以观察到试样尺寸的变化2.4本征扩散系数♠化学扩散系数与本征扩散系数之间的相互关系BAABDXDXD~~~~ABABABVDcVDcD(不存在净体积变化)(存在着净体积变化)♠AB二元均相合金中本征扩散与自扩散系数之间的关系BBABBrDD*(热力学因子)=1+lni/lnxiAAABArDD*(rA,rB表示所谓的空位流因子(vacancywindfactor)3扩散系数的测定方法♣直接方法(基于菲克定律)稳态方法稳态方法非稳态方法非稳态方法♣间接方法基于菲克第一定律基于菲克第一定律基于菲克第二定律基于菲克第二定律驰豫方法核分析方法薄层方法扩散偶方法(需要测定成分分布)扩散偶方法(无需测定成分分布)进-出扩散方法其他显微方法测定扩散系数的非稳态方法测定扩散系数的非稳态方法a)直接测定成分分布b)Residual活度测定c)表面活度递减测定a)X射线衍射分析b)电阻分析样品截面分析卢瑟福背散射电子探针分析核反应分析驰豫方法核分析方法NMR核磁共振谱法Snoek效应Gorski效应Zener效应MBS穆斯堡尔谱法QENS准弹性中子散射♣测定扩散系数的间接方法薄层方法通常用于放射性示踪原子试验中，其中最常用的方法是直接测定成分分布来推算扩散系数D2(,)exp()42MxcxtDtDt3.1薄层方法（1）同位素95Zr通过电化学沉积涂敷在alpha(Zr)单晶表面然后分别在不同温度下扩散（退火）不同时间并测量退火后的浓度绘制浓度与渗透距离平方的关系曲线，曲线的斜率相当于–1/(4Dt).实例：通过放射性示踪剂方法获得扩散系数3.1薄层方法两块金属或合金通过一个界面紧密接触,通过这个界面发生相互扩散,发生扩散后得到一个成分渐变的扩散层.二元固－固扩散偶根据需要也可以制备三元扩散偶，固－液扩散偶，固－气扩散偶3.2扩散偶方法由扩散后获得的成分分布，可以确定扩散系数Boltzmann-Matano方法Sauer与Freise方法不需要测定成分分布曲线的方法X射线衍射分析电阻分析方法Bolt...