材料扩散学习教案.pptx

会计学（////空位(kōnɡwèi)扩散
对于纯金属或形成置换式因溶体合金，原于都是处于正常的晶格结点位置实现空位机制的条件：

扩散原子的近邻应当有空位，
同时空位周围的原子还必须具有超过(chāoguò)能垒的自由能//溶质原子沿x方向在垂直于纸面两平行原子面之间的扩散情况。经过一段时间后，两处的溶质原子浓度分别为c1和c2，且不再随时间变化，这种扩散条件称为稳态扩散。一个不会发生反应作用的气体通过金属薄膜时就会进行这种扩散，
例如氢气扩散通过铝的薄膜时，如果氢气在一侧处于高压，而在另一侧处于低压(dīyā)，就可以实现稳态扩散。假设每一个溶质原子(或标记原子)每秒钟平均跳动ν次，在三维情况下，简单立方晶体(jīngtǐ)，溶质原子每次向扩散方向跳动的几率是1/6，所以每秒钟从平面i到平面i十1穿过单位面积的溶质原子的平均跳动次数为νcia×1/6;与此相反，溶质原子从i十1平面往i平面的平均跳动次数为νci+1a×1/6;。这两个量的差值，即为溶质原子的纯流动，也就是溶质原子在单位时间内通过单位面积参考面的量，常用J表示/虽然式(6．9)是从简单立方(lìfāng)结构晶体的扩散推导得来的，但它也同样适用于其他固溶体的扩散，只是扩散系数将作相应的调整。若体心立方(lìfāng)及面心立方(lìfāng)结构的点阵常数为a，则相邻两原子面间距为a／2，每次跳动原于移动的距离对于体心立方(lìfāng)为点3a／2，对于面心立方(lìfāng)为／2a/2，但它们有效跳动距离均为a／2，而有效跳动几率对于体心立方(lìfāng)为4／8，对于面心立方(lìfāng)为4／12。所以可以采用上述的方法求出F5ck第一定律，并求出扩散系数D。对于体心立方(lìfāng)结构，有/．非稳态扩散
Fick第一定律的导出条件是，在扩散过程中各截面上的浓度不随时间改变。扩散条件不随时间而变的稳态扩散在工程材料中并不经常遇到，大多数情况是非稳态扩散。这时材料中任何(rènhé)一点的扩散物质的浓度在扩散过程中随时间而变化，就是说任意点的浓度对于时间的变化率不为零。
钢的渗碳就属于这种情况。如果使碳渗入钢制凸轮轴的表面，以便硬化其表面，则随着扩散过程的进行，表面内任何(rènhé)一点的碳浓度将随时间而变。由于Fick第一定律不包含时间的变数，因此不能解决以上问题。对于扩散系数与时间无关的非稳态扩散，可以应用Fick第二扩散定律。//过去人们认为在置换式因溶体(rónɡtǐ)中原子扩散的过程是通过溶剂与溶质原子直接换位证行的。假如是这样，那么原始扩散界面将不会发生移动，两个组元扩散速度也应该是相等的，但是通过对面心立方结构和一些体心立方结构的二元及多元合金进行研究之后，发现在这些合金系中，不存在这种换位机DA，DB之间的关系推导如下：设系统x处的组成(zǔchénɡ)原子相对于点阵坐标以速度v移动，则可求出通过垂直于x轴且固定于x处的平面的扩散流。对组元A，式(6．29)为Darken公式，推导时假设在扩散过程中，点阵常数不变，晶体(jīngtǐ)中各点的密度不变，横截面的面积不变。但是，实际情况与这些假设是不完全相同的，扩散后浓度要发生变化，因此，点阵常数也要发生变化。扩散过程常在低熔点金属的一边形成分散的或集中的空位，其总数超过平衡空位浓度；而另一边的空位浓度将减少至低于平衡空位浓度，因此，也改变了晶体(jīngtǐ)的密度。试验中还发现试样的横截面同样发生了变化，例如Ni-Cu金属对经扩散后，在原始分界面附近铜的横截面由于丧失原子而缩小，镍的横截面由于得到原子而膨胀，如图6．9所示。从Kirkendall的宏观效应可以(kěyǐ)推论扩散的微观机制，也就是说扩散过程是扩散原子与空位换位的机制。在原子扩散流的反方向存在有空位的流动，如有Kirkendall效应现，说明存在一个净空位流，其流动方向与界面的移动方向一致。这一扩散机制一方面要求有产生空位的源，另一方面又要求有吸收空位的可能。而金属晶体内部位错的存在，可以(kěyǐ)提供空位源，由于热力学上的不平衡，可以(kěyǐ)促使原子与空位的交换，从而导致空位的流动////5．5．扩散现象的一些实验规律

在扩散过程中扩散系数D并不是一个不变的常数，它是晶体结构、原子尺寸、合金成分与温度等的函数。当这些内部条件和外部条件都固定时，扩散系数D才是一个确定的常数；而当这些条件发生变化时，扩散系数D也会发生改变。为了讨论的方便，下面将研究这些条件分别(fēnbié)变化时，对扩散过程的影响。除讨论点阵扩散外，也对沿晶界、表面及位错进行扩散的现象进行讨论。
(1)晶体结构及原予尺寸对扩散的影响
晶体结构反映了原子(离子)在空间排列的情况。扩散时原子要发生移动就必须克服周围原子对它的作用力。原子