扩散理论完整版.pdf

第5章 扩散理论 第5章 扩散理论 1 第一节 扩散现象及其基本问题 2 一 引例 一 引例 1. 固体中原子的运动 墨水（B) 水（A) 加入染料 部分混合 完全混合 时间 B分子的运动：无规则的布朗运动 B分子集团的运动： B分子存在的区域不断扩大 最终水的全体都变成均匀的蓝墨水颜色。扩散 3 原子所进行的这种短距离或长距离迁移微观过程 以及由于大量原子迁移所引起的物质宏观流动 过程，称之为“扩散”。 扩散 固体中原子迁移的唯一方式是扩散。 4 2布朗运动与扩散 无规行走模型（醉步模型） 例：迷失方向的醉汉在走过n步之后可能只会 移动一个z 的距离，试求解出现这样距离的概 率。假设醉汉只在一条直线上，每步的方向或 1 z 2 +或-，而步长为r ( , ) exp( ) P n z • − 2 2πnλ2 2nλ 由布朗运动所导致的迁移距离 +∞ z (z 2 )1/ 2 [ ∫z 2 •P (n, z )dz]1/ 2 n •λ −∞ 5 3 扩散过程的特点 宏观特点： 1) 流体中的物质迁移随机地在任意方向上并具有较大 的速率。固体物质的迁移受质点排列方式限制（各 向异性），每一迁移须克服较高的能垒（速率较 慢）。 2) 大量原子的跃迁具有统计规律性。如存在浓度梯度 时，会出现物质原子的定向迁移。不可逆过程。 微观特点: 原子的热运动和跃迁杂乱无章 6 二. 扩散分类 二. 扩散分类 (1)根据∂C/∂t分类 稳态扩散和非稳态扩散 (2)根据∂C/∂x分类（杂质原子在晶体中的扩散和基体中基质原 子的扩散） ∂C/∂x=0 自扩散，在纯金属和均匀合金中进行 ∂C/∂x≠0 互扩散，上坡扩散和下坡扩散 (3)根据扩散途径分类 体扩散、晶界扩散、表面扩散、短程扩散(沿位错进行的扩 散) (4)根据合金组织分类 单相扩散、多相扩散 7 surface diffusion evaporation solid