扩散机制晶体结构.PPT

1.试说明钢渗碳为什么在奥氏体状态下进行而不在铁素体状态下进行？ 2.说明晶体中的原子扩散机制？ 3.举例说明扩散规律在冶金生产过程和热处理工艺中的应用。 4.指明Fick第二定律数学表达式的适用条件？ 本章思考题 后退 下页 ●扩散驱动力：化学位梯度 Di=MikT[1+ ] dlnγi dlnCi 可见，当[1+ ]0，Di为正值，即为通常的下坡扩散。 当[1+ ]0，Di为负值，即为上坡扩散。 dlnγi dlnCi dlnγi dlnCi 后退 下页 返回 第四节 有关扩散的实际问题 反应扩散：伴随有相变过程的扩散 反应扩散取决于两个因素 反应速度 原子扩散速度 若由原子扩散控制，则反应扩散厚度与时间呈抛物线关系。若由反应控制，则反应扩散层厚度与时间呈直线关系。 后退 下页 一、离子晶体的扩散 离子晶体中主要有两种缺陷，对于主要是肖特基缺陷的扩散类似于金属中的空位扩散机制（图7-14c）；对于主要是弗兰克缺陷，则被称为自间隙机制（图7-14a、b）。自间隙机制与金属中的间隙机制不同，它是先产生间隙式的阳离子，使邻近的处于正常点阵位置的阳离子移位，然后挤入间隙；金属中间隙原子的扩散，一直是在正常的间隙空位中跳动。 后退 下页 后退 下页 二、烧结 烧结过程如下：将压实的粉末加热到高温，在初期，相互接触的颗粒开始逐渐形成颈的连接（图7-15）烧结初期主要是表面扩散，后期主要是晶界扩散。烧结速率主要取决于两个因素：①粉末原材料的颗粒粗细；②原子的扩散速率，这决定于温度。 后退 下页 后退 下页 返回 第五节 固态相变中的形核 一、固相的相界面 1、共格晶面：新相与母相在界面上原子匹配很好，最理想的情况是两相的晶体结构相同，晶格常数也相等，两者能实现完全的共格，界面能也最小（图7-16a）。如fcc与hcp的共格晶面如图7-17。 2、半共格界面（图7-16b）。 3、非共格界面（图7-16c）。 后退 下页 后退 下页 返回 第六节 固态相变的晶体成长 一、扩散控制长大 设合金的成分为C0，现从母相α中析出新相β，新相富含溶质原子，成分为Cβ，最初形成的新相为板状或厚片状，两相在界面上的平衡浓度为Ce。板条要加厚，其生长速度决定于界面的迁移速度，必须在界面上获得溶质原子的供应，这就要求母相源源不断地把溶质原子输送到界面上，这种通过长程扩散使新相得以长大的方式叫扩散控制长大。 后退 下页 二、界面控制长大 界面控制长大即新相生长时界面迁移速度很慢，母相中溶质原子相对地说，总是能随时扩散到界面上保证溶质原子的供应，因而，新相的长大最终取决于界面反应速度。 后退 下页 返回 返回 晶体点阵中的空位机制 返回 晶体点阵中的间隙机制 返回 晶体点阵中的自间隙机制 返回 扩散的激活能 返回本章首页 返回目录 谢谢！ 第七章 材料中的原子扩散 扩散定律及其应用 扩散机制 影响扩散的因素及扩散驱动力 几个特殊的有关扩散的实际问题 固态相变中的形核 概述 固态相变的晶体成长 下页 返回 概 述 扩散 唯象方法——唯象理论（宏观规律） 微观方法——原子理论（微观理论） 唯象理论：既不考虑扩散系统的具体结构，也不考 虑扩散扩散原子的迁移机构，把扩散系统看成是连 续的介质，通过建立和求解微分方程、研究扩散过 程中扩散物质的浓度时间和空间坐标的变化及扩散 物质的迁移规律，或反过来根据唯象的结果和关系 求解唯象系数（扩散系数）。 下页 后退 原子理论 通过研究扩散系数介质的结构和扩散原子的迁机构，用统计物理学的方法建立扩散原子的微观行为（如跃迁频率、跃迁距离等）和宏观参量（如扩散系数、浓度、温度等）之间的关系，并反过来根据这些关系和实验结果了解扩散介质的结构、缺陷及行为等。 下页 后退 固态扩散 固体中由于原子的热运动所造成的物质传输过程。在晶体中，原子在其平衡位置上作快速热振动，若因某种原因（如温度升高）使一些原子能量增大到足以克服周围原子的束缚，这些原子就可以在热振动过程中跃迁到邻近的位置上去如果这种跃迁不断地继续下去就形成舞质的传输。 后退 下页 返回 第一节 扩散定律及其应用 一、扩散现象 纯金属中的自扩散 间隙固溶体中的间隙原子扩散 置换固溶体中的溶质介质和溶剂原子的互扩散 大量原子迁移的宏观效果就是扩散 下页 后退 二、Fick第一定律 在稳态扩散（ ）的条件下，单位时间内通过 垂直于扩散方向的单位截面面积的扩散物质的通量