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第四章 固体中原子及分子的运动

物质的传输方式. 扩散机制不同. 第四章 固体中原子及分子的运动. 液体： 扩散+对流. 气体： 扩散+对流. 固体： 扩散. 键属金. 离 子 键. 共价键. 高分子. 金属. 陶瓷. 本章内容.  扩散的表象理论  扩散的原子机制  影响扩散的因素  陶瓷材料中扩散的主要特征  高分子材料中分子运动的规律. 水. 加入 染料. 部分 混合. 完全混合. 时间. § 4. 1 表象理论( Phenomenological laws ).

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  1. 物质的传输方式 扩散机制不同 第四章 固体中原子及分子的运动 液体： 扩散+对流 气体： 扩散+对流 固体： 扩散 键属金 离 子 键 共价键 高分子 金属 陶瓷

  2. 本章内容  扩散的表象理论  扩散的原子机制  影响扩散的因素  陶瓷材料中扩散的主要特征  高分子材料中分子运动的规律

  3. 水 加入染料 部分混合 完全混合 时间 § 4. 1 表象理论(Phenomenological laws) 扩散(diffusion): 在一个相内因分子或原子的热激活运动导 致成分混合或均匀化的分子动力学过程

  4. 碳的扩散方向 Fe-C合金 高碳含量区域 低碳含量区域

  5. 稳态扩散 d  J = - D dx d x 1 2 (1>2) J: 扩散通量(mass flux), kg/(m2s) D: 扩散系数(diffusivity), m2/s : 质量浓度，kg/m3 : 浓度梯度 J 4.1.1 菲克第一定律(Fick’s first law)

  6. 2r2 2r2 1000C [C] l 2r1 2r1 平视方向 俯视方向 应用：测定碳在-Fe中的扩散系数 l>>r

  7. 径向通量：J= = -D -D 由菲克第一定律得： = =常数  -lnr 实测的lnr与关系 稳态时: 单位时间内通过半径为r(r2<r<r1) 的圆柱管壁的碳量为常数: q/t 结论： 1. 当lnr与呈直线关系时， D与碳浓度无关 2. 当lnr与为曲线关系时， D是碳浓度的函数

  8. x1 x2 扩散通量为J1的物质 经过体积元后的变化 J1 J2 非稳态扩散d/dt0 A dx 质量浓度  浓度和距离的瞬时变化 通量 J1 通量和距离的瞬时关系 J2 x 4.1.2 菲克第二定律(Fick’s second law) 推导过程：菲克第一定律+质量守恒

  9. 积存速率 流出速率 流入速率 = - J1A J2A=J1A+ 在体积元(Adx)内 体积元内扩散物质质量的积存速率： 菲克第二定律

  10. 若D与浓度无关，则： 对三维各向同性的情况：

  11. lim ) ( 定义：自扩散系数 Ds= 菲克定律描述了固体中存在浓度 梯度时发生的扩散，称为化学扩散 当扩散不依赖于浓度梯度，仅由 热振动而引起时，则称为自扩散

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