第七章 材料中的扩散.ppt

第七章材料中的扩散§7.1扩散方程(diffusionequation)
1扩散第一方程
（菲克第一定律、Fick’sfirstlaw）应用举例：2扩散第二方程（菲克第二定律、Fick’ssecondlaw）如果扩散系数与扩散物质浓度无关3扩散第二方程的应用
目的：求解得到c=f（x，t）举例：
制作半导体元件时，先在Si表面沉积一薄层B，然后加热使之扩散2）误差函数解(errorfunctionsolution)
（1）无限长棒（两端成分不受扩散影响的扩散偶,infinitesolid）（2）半无限长棒（一端成分不受扩散影响的扩散体,semi-infinitesolid）高斯解（薄膜解）应用举例：
含碳0.1%的低碳钢，置于930℃碳质量分数为1%的渗碳气氛中，
求4小时后，在距离表面0.2mm处的碳含量。
930℃下碳在γ-Fe中的扩散系数D=1.61x10-12m2/s3）正弦解(sinesolution)§7.2扩散的原子理论●晶界扩散及表面扩散：
(grainboundarydiffusion)
扩散速率比体扩散快，短路扩散
(shortcircuitdiffusion)2原子跳动与扩散(atomjumpanddiffusion)晶面1和晶面2上溶质原子的体积浓度
C1=n1/d；C2=n2/d3扩散系数及扩散激活能
1）间隙扩散（interstitialdiffusion）
点阵间隙的原子跃迁到邻近的间隙位置上。
如间隙固溶体中，C、N、O、H等的扩散设一个间隙原子的间隙配位数为z，ν为原子振动的频率，2）空位扩散（vacancydiffusion）
置换固溶体中的原子扩散或纯金属的原子扩散（自扩散）的主要方式，
它通过原子与空位交换位置来实现。4自扩散与互扩散Inthe1940s,itwasacommonbeliefthatatomicdiffusiontookplaceviaadirectexchangeorringmechanismthatindicatedtheequalityofdiffusionofbinaryelementsinmetalsandalloys.However,ErnestKirkendallfirstobservedinequalityinthediffusionofcopperandzincininterdiffusionbetweenbrassandcopper.In1947,ErnestKirkendallreportedtheresultsofexperimentsontheinterdiffusionbetweencopperandzincinbrassandobservedthemovementoftheinterfacebetweenthedifferentphasesduetohigh-temperatureinterdiffusion,nowcalledtheKirkendallEffect.Thisphenomenonsupportedtheideathatatomicdiffusionoccursthroughvacancyexchange.Sinceitsdiscovery,theKirkendallEffecthasbeenfoundinvariousalloysystems,andstudiesonlatticedefectsanddiffusiondevelopedsignificantly.●柯肯达尔1947年黄铜-铜的扩散问题的实验：2达肯方程（Darkenequation)：互扩散系数(interdiffusioncoefficient)或化学扩散系数3扩散过程的热力学分析（扩散驱动力,drivingforce）§7.4反应扩散反应扩散速度与化学反应速度和原子扩散速度有关§7.5影响扩散的因素2晶体结构与原子键力(crystalstructureandbondingforce)4晶体缺陷(crystaldefects)3）位错(dislocation)
●高温下，体扩散控制，位错的影响不明显；
●低温下，位错扩散影响明显1解释概念
菲克第一定律,shortcircuitdiffusion,Kirkendalleffect