材物扩散学习教案.pptx

会计学几个(jǐɡè)实例第一节引言第一节概述(ɡàishù)1.1扩散能够(nénggòu)进行的原因：扩散推动力当不存在外场时，晶体中粒子的迁移完全是由于热振动引起的。只有在外场作用下，这种粒子的迁移才能形成定向的扩散流。也就是说，形成定向扩散流必需要有推动力，这种推动力通常是由浓度梯度提供的。Q235钢板(gāngbǎn)偏析但应指出，在更普遍情况下，扩散推动力应是系统的化学位梯度.

物质从高化学位流向低化学位是更普遍的规律，一切影响扩散的外场——浓度场、电场(diànchǎng)、磁场、应力场等，都可统一到化学位梯度之中，根据热力学第二定律，化学位梯度为零是扩散过程的限度。1.2扩散分类（1）按浓度均匀程度分：有浓度差的空间扩散叫互扩散；没有(méiyǒu)浓度差的扩散叫自扩散。（2）按扩散方向分：由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散，又称下坡扩散;由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散，又称上坡扩散。（3）按原子的扩散方向分：
在晶粒内部进行的扩散称为体扩散；在表面(biǎomiàn)进行的扩散称为表面(biǎomiàn)扩散；沿晶界进行的扩散称为晶界扩散。
表面(biǎomiàn)扩散和晶界扩散的扩散速度比体扩散要快得多，一般称后两种情况为短路扩散。此外还有沿位错线的扩散，沿层错面的扩散等。第二节固体(gùtǐ)扩散机构及其动力学方程2.1固体扩散机构(扩散微观机制)
与气体、液体不同(bùtónɡ)的是固体粒子间很大的内聚力使粒子迁移必须克服一定势垒，这使得迁移和混和过程变得极为缓慢。然而迁移仍然是可能的。
扩散机制：扩散可分为间隙机制、空位机制、填隙机制和换位机制四种。间隙机制
当晶体中存在较小的间隙原子时，间隙原子通过晶格之间的间隙跃迁实现扩散。
这是一种重要(zhòngyào)的扩散机制。扩散物可以是原子，也可以是离子。空位机制
绝对零度以上热平衡晶体总存在一定数量的空位。在扩散过程(guòchéng)中，扩散原子离开原位置进入空位，原位置便形成新的空位，从而形成扩散原子与空位的逆向流动。填隙机制（亚（准）间隙扩散）
本应处于阵点位置的原子出现在间隙中，获得一定能量后将邻近的阵点原子挤入间隙并取而代之。
一般情况下这类缺陷浓度较低，对扩散贡献不大。但辐照和加热可提高(tígāo)这类缺陷，增强扩散。换位机制
分直接换位和环形换位两种。由于需要(xūyào)多个原子协同运动，所需能量较高。讨论：根据迁移所需要的能量，在以上各种扩散(kuòsàn)中：1.易位扩散(kuòsàn)所需的活化能最大。2.由于处于晶格位置的粒子势能最低，在间隙位置和空位处势能较高：故空位扩散(kuòsàn)所需活化能最小，因而空位扩散(kuòsàn)是最常见的扩散(kuòsàn)机理，其次是间隙扩散(kuòsàn)和准间隙扩散(kuòsàn)。粒子(lìzǐ)跳跃势垒示意图菲克第一定律1858年，菲克（Fick）参照了傅里叶（Fourier）于1822年建立的导热方程，获得了描述(miáoshù)物质从高浓度区向低浓度区迁移的定量公式。傅里叶导热(dǎorè)方程扩散具有方向性，且是各个方向的，故J
用矢量(shǐliàng)表示：扩散过程中溶质(róngzhì)原子的分布溶质原子流动的方向(fāngxiàng)与浓度降低的方向(fāngxiàng)一致Fourier定律不涉及传热时间项,定律本身隐含了热传播速度为无限大的假设。对于热作用时间较长的稳态传热过程(guòchéng),Fourier定律的正确性是毋庸置疑的。但是,对于极端热、质传递条件下的非稳态传热过程(guòchéng),如极低(高)温条件的传热(质)问题、超急速传热(质)问题以及微时间或微空间尺度条件下的传热(质)问题,热传播速度的有限性却必须考虑，人们把在极端热、质传递条件下出现的一些不遵循(或偏离)Fouirier导热定律的热传递效应称为热传导的非傅立叶效应.菲克第二定律当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间而改变时，利用菲克第一定律不容易求出。但通常(tōngcháng)的扩散过程大都是非稳态扩散，为便于求出，还要从物质的平衡关系着手，建立第二个微分方程式。在扩散方向上取体积元和分别(fēnbié)表示流入体积元及从体积元流出的扩散通量，则在Δt时间内，体积元中扩散物质的积累量为将菲克第一(dìyī)定律代入:菲克第一定律和菲克第二定律本质相同，均表明(biǎomíng)扩散的结果是使不均匀达到均匀，非平衡逐渐达到平衡。扩散方程的应用对于扩散的实际问题，一般要求算出穿过某一曲面（如平面、柱面、球面等）的通量J，单位时间通过该面的物质量dm/dt=AJ，以及浓度分布c(x,t)，为此(wéicǐ)需要分别求解菲克第一定律及菲克第二定律。（一）一维稳态扩散应用实例：