/OND 第七章固体材料的扩散与迁移画 7.1概况 72扩散现象和扩散方程 7.3扩散的微观机理 74扩散的驱动力和反应扩散 75影响扩散的因素 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 2 7.1 概况 7.2 扩散现象和扩散方程 7.3 扩散的微观机理 7.4 扩散的驱动力和反应扩散 7.5 影响扩散的因素 第七章 固体材料的扩散与迁移
/OND 71概况 不同状态的物质有不同的运动方式。比如,气相的 对流、液相的混合和固相的扩散。 ●扩散( diffusion)是材料内部原子运动的一种方 式,是固态物质质点运动的唯一形式。例如,金属的回 复、再结晶和表面处理,陶瓷的烧结及固相反应及半导 体材料掺杂等都与扩散密切相关。 实际晶体中,原子是在平衡位置附近作快速振动 振幅通常小于0.1A。若某原子获得外部较高的能量, 它会克服束缚势垒、脱离平衡位置而发生扩散迁移。 ●扩散将影响材料的力学、物理及化学等性能。 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 不同状态的物质有不同的运动方式。比如，气相的 对流、液相的混合和固相的扩散。 ● 扩散（diffusion）是材料内部原子运动的一种方 式，是固态物质质点运动的唯一形式。例如，金属的回 复、再结晶和表面处理，陶瓷的烧结及固相反应及半导 体材料掺杂等都与扩散密切相关。 实际晶体中，原子是在平衡位置附近作快速振动， 振幅通常小于0.1A0 。若某原子获得外部较高的能量， 它会克服束缚势垒、脱离平衡位置而发生扩散迁移。 ● 扩散将影响材料的力学、物理及化学等性能。 7.1 概况
/OND 72扩散现象和扩散方程 72.1扩散现象 纯金属的扩散是原子在同类原子中发生迁移,称为 自扩散。比如,金表面贴上放射线同位素金箔,金箔原 子进入金的晶体内,这是一种自扩散现象。 间隙固溶体由于存在浓度梯度,溶质原子在溶剂晶 格中扩散以保持浓度的均匀性,这种扩散称间隙扩散, 比如碳原子在FCC型奥氏体相中的扩散。 置换固溶体存在浓度梯度时,将发生溶质原子与溶 剂原子间的互扩散。 扩散是材料在一定温度下含有一定数量的空位引 起的。这些热缺陷的生成、运动和复合,最终影响材料 的性能。 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 4 7.2.1 扩散现象 纯金属的扩散是原子在同类原子中发生迁移，称为 自扩散。比如，金表面贴上放射线同位素金箔，金箔原 子进入金的晶体内，这是一种自扩散现象。 间隙固溶体由于存在浓度梯度，溶质原子在溶剂晶 格中扩散以保持浓度的均匀性，这种扩散称间隙扩散， 比如碳原子在FCC型奥氏体相中的扩散。 置换固溶体存在浓度梯度时，将发生溶质原子与溶 剂原子间的互扩散。 ● 扩散是材料在一定温度下含有一定数量的空位引 起的。这些热缺陷的生成、运动和复合，最终影响材料 的性能。 7.2 扩散现象和扩散方程
/OND 722扩散定律一菲克定律 扩散是由热运动引起的物质传递现象。 如果某种固溶体存在单位长度的浓度梯度或化学 位梯度,即dc/dx>0,如图7-1所示,将发生使浓度 梯度趋于均匀的介质定向扩散流。 1855年,德国的菲克(A.Fick)对这种扩散现 象进行了定量描述,建立起菲克第一定律和第二定律。 1.稳态扩散一菲克第一定律 菲克分析了固态材料的原子从浓度高的区域向浓 度低的区域的流动规律。 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 5 7.2.2 扩散定律－菲克定律 扩散是由热运动引起的物质传递现象。 如果某种固溶体存在单位长度的浓度梯度或化学 位梯度，即dC/dx > 0, 如图7-1所示，将发生使浓度 梯度趋于均匀的介质定向扩散流。 1855年，德国的菲克（A. Fick）对这种扩散现 象进行了定量描述，建立起菲克第一定律和第二定律。 1. 稳态扩散－菲克第一定律 菲克分析了固态材料的原子从浓度高的区域向浓 度低的区域的流动规律
/OND 取x轴平行于浓度梯度。在稳态扩散条件下 (dc/dt=0),单位时间通过垂直于扩散方向的单位截 面物质流量或扩散通量J(原子数n/cm2s或 (g/cm2.s)与浓度梯度成正比。 D(2) ●B闻隙原子 ○母相晶格原子 图7-1溶质原子的流动方向与浓度梯度的关系 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 6 图7-1 溶质原子的流动方向与浓度梯度的关系 取x轴平行于浓度梯度。在稳态扩散条件下 ( dC/dt=0 ), 单位时间通过垂直于扩散方向的单位截 面物质流量或扩散通量 J (原子数n/cm2.s)或 (g/cm2.s) 与浓度梯度成正比