第4章-扩散课件

1、扩散是实现物质传输的唯一方式扩散是实现物质传输的唯一方式扩散过程中溶质原子的分布扩散过程中溶质原子的分布xCDJxC)(xCDxtC22xCDtCtCxC22xCDtC22xCDtC12,0;,0CCxCCx12,;,CCxCCx将焊接面作为坐标原点，扩散沿将焊接面作为坐标原点，扩散沿x轴方向，列出扩散问题轴方向，列出扩散问题的初始条件的初始条件(initial condition)和边界条件和边界条件(boundary condition)分别为分别为t0时：时：t0时：时： )2(DtxerfDtxerfCCCCC2222121式中式中 是高斯误差函数。其表达式为：是高斯误差函数。其表达式

2、为： 02)exp(2)(derf 221CCCsDtxerfCC2122DtKx DtxBerfAC2DtxerfCCCCs21)(00DtxerfCCs21)2(0DtxerfccccsxsDtKx )2(0Dtxerfccccsxs)2(0Dtxerfccccsxs DtBDtMA2,2/薄膜扩散源的浓度随距离及时间的变化，数字表示不同的薄膜扩散源的浓度随距离及时间的变化，数字表示不同的Dt值值。置换固溶体中的互扩散置换固溶体中的互扩散A、B原子的总扩散通量分别为：原子的总扩散通量分别为：xCDxCxDxDJxCDxCxDxDJBBABBABAAABBAA)()()(ABBAxDxDD式

3、中式中 ，称为合金的互扩散系数，而，称为合金的互扩散系数，而DA和和DB称为组元的本征扩散系数。称为组元的本征扩散系数。 2222CGMDxCDxCCGMJxMJi022CG022xGxCxC面心立方晶体的八面体间隙及（面心立方晶体的八面体间隙及（001）晶面）晶面原子的自由能与位置之间的关系原子的自由能与位置之间的关系面心立方晶体的空位扩散机制面心立方晶体的空位扩散机制直接换位扩散模型直接换位扩散模型环形换位扩散模型环形换位扩散模型（a）面心立方）面心立方3-换位换位 （b）面心立方）面心立方4-换位换位 （c）体心立方）体心立方4-换位换位设溶质原子在面设溶质原子在面1和面和面2处的面处的

4、面密度分别是密度分别是n1和和n2，两面间，两面间距离为距离为d，原子的跳动频率为，原子的跳动频率为，跳动几率无论由面跳动几率无论由面1跳向面跳向面2，还是由面还是由面2跳向面跳向面1都为都为P。原。原子的跳动几率子的跳动几率P是指，如果在是指，如果在面面1上的原子向其周围近邻的上的原子向其周围近邻的可能跳动的位置总数为可能跳动的位置总数为n，其，其中只向面中只向面2跳动的位置数为跳动的位置数为m，则则Pm/n。这里假定原子朝。这里假定原子朝正、反方向跳动的几率相同。正、反方向跳动的几率相同。PdD2kTQDDexp0ABkTQDD/exp0几种合金相图与互扩散系数间的关系几种合金相图与互扩散

5、系数间的关系其他元素在铜中的扩散系数其他元素在铜中的扩散系数 碳在碳在-Fe中的扩散系数中的扩散系数Au-Ni系中扩散系数与浓度的关系系中扩散系数与浓度的关系不同溶质原子在-Fe中的扩散激活能Q溶质原子溶质原子类型类型置换型置换型间隙型间隙型溶质元素溶质元素Q/kJ/molAlNiMnCrMoWNCH184282.5276335247261.514613442 短路扩散示意图短路扩散示意图 表面扩散表面扩散 晶界扩散晶界扩散 晶格扩散晶格扩散不同扩散方式的扩散系数与温度的关系不同扩散方式的扩散系数与温度的关系空位机制空位机制纯铁的表面氮化纯铁的表面氮化（a）Fe-N相图相图 （b）相分布）相分布 （c）氮浓度分