9-1扩散的基本特点及扩散方程 固体扩散的 (b) a1扩散开始●o 所有质点均 质点间相互 须从热涨落 服势阱能量 2021/2/10 杨为中材料物理化学
2021/2/10 杨为中 材 料 物 理 化 学 11 9-1 扩散的基本特点及扩散方程 ◼ 一 . 固体扩散的基本特点 ◼ 1.扩散开始于较高温度（低于固体熔点） ◼ 所有质点均束缚在三维周期性势阱中， 质点间相互作用强，质点每一步迁移必 须从热涨落或外场中获取足够能量以克 服势阱能量
2.固体中质点扩散各向异性和扩散速率低 ■固体中原子或离子的迁移方向和自由行程 受结构结构中质点排列方式的限制,依一 定方式所堆积的结构将以一定对称性和周 期性限制着每一步迁移的方向和自由行程 2021/2/10 杨为中材料物理化学
2021/2/10 杨为中 材 料 物 理 化 学 12 ◼ 2. 固体中质点扩散各向异性和扩散速率低 ◼ 固体中原子或离子的迁移方向和自由行程 受结构结构中质点排列方式的限制，依一 定方式所堆积的结构将以一定对称性和周 期性限制着每一步迁移的方向和自由行程
二菲克定律与扩散动力学方程 微观角度,固体扩散由于彼此结构差异 存在不同 宏观角度,大量扩散质点看作作无规布 朗运动,介质中质点的扩散均遵循相同 的统计规律著名的菲克定律:描述 浓度场下物质扩散的动力学方程 2021/2/10 杨为中材料物理化学
2021/2/10 杨为中 材 料 物 理 化 学 13 二 菲克定律与扩散动力学方程 ◼ 微观角度，固体扩散由于彼此结构差异 存在不同 ◼ 宏观角度，大量扩散质点看作作无规布 朗运动，介质中质点的扩散均遵循相同 的统计规律——著名的菲克定律：描述 浓度场下物质扩散的动力学方程
当固体中存在的质点、不均匀分布的杂质 或空位缺陷沿晶格运动 a菲克认为:流体和固体中质点的迁移在微8 观上不同,但从宏观连续介质的角度看, 遵守相同的统计规律:在连续介质构成的 扩散体系中扩散质的浓度c一般是空间和 时间t的函数 即:扩散体系中,参与扩散质点的浓度因 位置而异,且随时间变化 2021/2/10 杨为中材料物理化学
2021/2/10 杨为中 材 料 物 理 化 学 14 ◼ 当固体中存在的质点、不均匀分布的杂质 或空位缺陷沿晶格运动 ◼ 菲克认为：流体和固体中质点的迁移在微 观上不同，但从宏观连续介质的角度看， 遵守相同的统计规律：在连续介质构成的 扩散体系中扩散质的浓度c一般是空间r和 时间t的函数 ◼ 即：扩散体系中，参与扩散质点的浓度因 位置而异，且随时间变化
菲克认为:扩散过程与热传导过程的相似 菲克Fck第一定律,即:扩散过程中,单位 时间内通过单位截而的扩散流量密度(或质 点数)J与扩散质点的浓度梯度成正比 OX D:扩散系数(m2/s或cm2/s);负号:粒子从 浓度高处向浓度低处扩散(逆浓度梯度方向) 2021/2/10 杨为中材料物理化学
2021/2/10 杨为中 材 料 物 理 化 学 15 ◼ 菲克认为：扩散过程与热传导过程的相似 ◼ 菲克Fick第一定律，即：扩散过程中，单位 时间内通过单位截面的扩散流量密度（或质 点数） J与扩散质点的浓度梯度成正比 c J D x = − D：扩散系数（m2 /s或cm2 /s）；负号：粒子从 浓度高处向浓度低处扩散（逆浓度梯度方向） Jx