第4章-擴(kuò)散課件

1、擴(kuò)散是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)傳輸?shù)奈ㄒ环绞綌U(kuò)散是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)傳輸?shù)奈ㄒ环绞綌U(kuò)散過程中溶質(zhì)原子的分布擴(kuò)散過程中溶質(zhì)原子的分布xCDJxC)(xCDxtC22xCDtCtCxC22xCDtC22xCDtC12,0;,0CCxCCx12,;,CCxCCx將焊接面作為坐標(biāo)原點(diǎn)，擴(kuò)散沿將焊接面作為坐標(biāo)原點(diǎn)，擴(kuò)散沿x軸方向，列出擴(kuò)散問題軸方向，列出擴(kuò)散問題的初始條件的初始條件(initial condition)和邊界條件和邊界條件(boundary condition)分別為分別為t0時(shí)：時(shí)：t0時(shí)：時(shí)： )2(DtxerfDtxerfCCCCC2222121式中式中 是高斯誤差函數(shù)。其表達(dá)式為：是高斯誤差函數(shù)。其表達(dá)式

2、為： 02)exp(2)(derf 221CCCsDtxerfCC2122DtKx DtxBerfAC2DtxerfCCCCs21)(00DtxerfCCs21)2(0DtxerfccccsxsDtKx )2(0Dtxerfccccsxs)2(0Dtxerfccccsxs DtBDtMA2,2/薄膜擴(kuò)散源的濃度隨距離及時(shí)間的變化，數(shù)字表示不同的薄膜擴(kuò)散源的濃度隨距離及時(shí)間的變化，數(shù)字表示不同的Dt值值。置換固溶體中的互擴(kuò)散置換固溶體中的互擴(kuò)散A、B原子的總擴(kuò)散通量分別為：原子的總擴(kuò)散通量分別為：xCDxCxDxDJxCDxCxDxDJBBABBABAAABBAA)()()(ABBAxDxDD式

3、中式中 ，稱為合金的互擴(kuò)散系數(shù)，而，稱為合金的互擴(kuò)散系數(shù)，而DA和和DB稱為組元的本征擴(kuò)散系數(shù)。稱為組元的本征擴(kuò)散系數(shù)。 2222CGMDxCDxCCGMJxMJi022CG022xGxCxC面心立方晶體的八面體間隙及（面心立方晶體的八面體間隙及（001）晶面）晶面原子的自由能與位置之間的關(guān)系原子的自由能與位置之間的關(guān)系面心立方晶體的空位擴(kuò)散機(jī)制面心立方晶體的空位擴(kuò)散機(jī)制直接換位擴(kuò)散模型直接換位擴(kuò)散模型環(huán)形換位擴(kuò)散模型環(huán)形換位擴(kuò)散模型（a）面心立方）面心立方3-換位換位 （b）面心立方）面心立方4-換位換位 （c）體心立方）體心立方4-換位換位設(shè)溶質(zhì)原子在面設(shè)溶質(zhì)原子在面1和面和面2處的面處的

4、面密度分別是密度分別是n1和和n2，兩面間，兩面間距離為距離為d，原子的跳動(dòng)頻率為，原子的跳動(dòng)頻率為，跳動(dòng)幾率無論由面跳動(dòng)幾率無論由面1跳向面跳向面2，還是由面還是由面2跳向面跳向面1都為都為P。原。原子的跳動(dòng)幾率子的跳動(dòng)幾率P是指，如果在是指，如果在面面1上的原子向其周圍近鄰的上的原子向其周圍近鄰的可能跳動(dòng)的位置總數(shù)為可能跳動(dòng)的位置總數(shù)為n，其，其中只向面中只向面2跳動(dòng)的位置數(shù)為跳動(dòng)的位置數(shù)為m，則則Pm/n。這里假定原子朝。這里假定原子朝正、反方向跳動(dòng)的幾率相同。正、反方向跳動(dòng)的幾率相同。PdD2kTQDDexp0ABkTQDD/exp0幾種合金相圖與互擴(kuò)散系數(shù)間的關(guān)系幾種合金相圖與互擴(kuò)散

5、系數(shù)間的關(guān)系其他元素在銅中的擴(kuò)散系數(shù)其他元素在銅中的擴(kuò)散系數(shù) 碳在碳在-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)中的擴(kuò)散系數(shù)Au-Ni系中擴(kuò)散系數(shù)與濃度的關(guān)系系中擴(kuò)散系數(shù)與濃度的關(guān)系不同溶質(zhì)原子在-Fe中的擴(kuò)散激活能Q溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子類型類型置換型置換型間隙型間隙型溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素Q/kJ/molAlNiMnCrMoWNCH184282.5276335247261.514613442 短路擴(kuò)散示意圖短路擴(kuò)散示意圖 表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散 晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散 晶格擴(kuò)散晶格擴(kuò)散不同擴(kuò)散方式的擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系不同擴(kuò)散方式的擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系空位機(jī)制空位機(jī)制純鐵的表面氮化純鐵的表面氮化（a）Fe-N相圖相圖 （b）相分布）相分布 （c）氮濃度分