材料基础固体中的扩散.ppt

1、中国计量学院，第1、6章固体的扩散，6.5反应扩散6.6离子晶体的扩散，中国计量学院，2，6.5反应扩散，单相固溶体中一般溶质原子浓度低于固溶体的溶度积。如果温度适当，保温时间足够，扩散元素的含量超过气体的溶解度，由于过饱和，一个或多个新合金相(中间相或固溶体)牙齿反应。习惯上称相变过程的扩散或新阶段的扩散为反应扩散或相变扩散。中国计量学院，3，反应扩散过程，反应扩散由两个茄子过程组成。1)元素渗透到气体表面，但还没有达到气体溶解度之前的扩散过程。2)气体表面达到溶解度时，发生相变，形成新相的过程。反应扩散时气体表面溶质原子的浓度分布取决于扩散时间和扩散距离的变化以及表面上出现的相、相的数量。

2、这都与气体和渗透元素之间构成的合金有关。中国计量学院，4，随着固溶体的饱和浓度、平衡固溶体的平衡浓度、固溶体的饱和浓度、扩散过程中形成的固溶体层继续增厚，各断层内的浓度变化也随着时间的推移而变化。中国计量学院，5，值得注意的是，在T0温度下，二元相上存在两相区域，但渗透层组织中的某些两相之间没有两相共存区域，两相之间只作为界面存在，界面上的浓度发生突变。相当于在一定温度下该阶段的极限溶解度。渗透层没有两相区域的热力学分析：渗透层出现两相共存区域时，两个平衡上的化学位是相同的，牙齿区域没有扩散推力，扩散在两相区域停止，不进行扩散。因此，渗透层组织中不出现两相区。后退一步，即使在扩散过程中出现两相

3、区域，系统自由能也会提高，其中一个相位逐渐消失，最终从两相变成单相。因此，得出了二元系(包括渗透因素)的渗透层没有两相共存区，三元系的渗透层没有三相共存区的结论。反应扩散的特征，中国计量学院，6，金属和合金的原子可以通过邻居的任何晶格空位或缝隙扩散。离子晶体的扩散比金属的扩散对电荷平衡的要求更多。离子晶体必须形成成对的缺陷，以保持局部传记中性。扩散离子只能进入具有相同电荷的相邻位置，相邻的异类离子位置，6.6离子晶体的扩散，中国计量学院，7，1。由于离子晶体的本征热缺陷，分离一对异质离子会大大增加静电，因此为了保持局部电荷平衡，必须徐璐同时形成不同电荷的两个茄子缺陷。一个阳离子空位和一个负离子

4、空位肖特基空位缺陷，一个间隙离子，一个离子空位弗兰克空位缺陷。中国计量学院，8，肖特基空位浓度，(1)肖特基缺陷由阳离子空位和负离子空位组成，实际上电荷是相反的(空位)对。GS是形成肖特基空位所需的能量，A是由振动熵确定的系数，中国计量学院，9，(2)形成弗兰克语缺陷，间隙正离子所需的能量远远小于形成阳离子空位时形成阳离子空位的电荷，可以通过形成间隙正离子来补偿。也就是说，弗兰克缺陷由间隔离子和离子空位组成，实际上电荷是相同的。弗兰克空位浓度，GF是同时生成间隙离子和离子空位所需的能量。中国计量学院，10，向ZrO2添加CaO，低价Ca2离子置换高价Zr4，为了保持传记中立，部分TiO2中的部

5、分Ti4离子必须还原为Ti3。为了平衡电荷，FeO中必须有一些Fe2离子氧化成Fe3之类的东西。氧离子空位。，中国计量学院，11，2。离子晶体的扩散机制，图(见2 P479)，(a)空位扩散：肖特基缺陷类型的离子晶体，与金属的空位扩散机制类似，(B)间隙扩散：如果直接从一个间隙位置移动到另一个间隙位置，扩散离子必须通过具有相邻相反电荷的离子区域，并且更难执行。(C)自间隙扩散(推力):在弗兰克断层类型的离子晶体中，间隙离子经常取代相邻正常点的晶格离子，被取代的晶格离子进入间隔。中国计量学院，12，3。由于离子晶体的扩散特征，2)键能及电荷平衡的要求，离子晶体的扩散活性可能高于金属，扩散离子只能

6、进入具有相同电荷的位置，移动距离长，扩散率比一般金属小得多。3)阳离子的扩散率大于负离子。1)为了满足电荷平衡的要求，离子晶体中的扩散离子只能进入具有相同电荷的相邻位置。中国计量学院，13，4。离子迁移率、电导率、扩散系数D的关系、离子晶体的传导现象与扩散过程密切相关，因为电荷是基于电场作用下的方向移动。如果知道电导率和扩散系数的关系，就可以通过，由载流子漂移形成的电流密度J1，由外部电场作用形成的电流密度J2，可以表示J1和J2以欧姆定律的微分形式反转。存在热平衡时，J1=J2电场的载流子浓度由玻尔兹曼分布、中国计量学院、14、电导率和扩散系数、单位电场的载流子迁移率、迁移率和扩散系数定义。

7、4.离子迁移率、电导率、扩散系数D的关系，中国计量学院，15，中国计量学院，16，1此时求出铁的氮扩散系数。任务：2。930时，原碳浓度为0.1%的碳钢渗碳，希望0.05厘米的深碳浓度达到0.45%，渗碳气氛保持表面成分为1%，碳的扩散常数D0牙齿2*10-5m2/s，活化可为140公里(2)，渗碳温度不变3)使用870渗碳，达到相同渗碳要求的渗碳时间是多少倍？(？(4)评价温度对扩散的影响。R是气体常数(8.314J/moleK)，中国计量学院，17，3，900台钢齿轮的成功渗碳10小时，在牙齿温度下铁是FCC晶体。如果渗碳炉从900运行1小时需要1000韩元，从1000运行1小时需要150

8、0韩元，那么把渗碳温度提高到1000完成同样的渗碳效果，能提高经济效果吗？(已知碳的奥氏体铁扩散活性可能是137.52 kj/Mole)4，某单位制造10号钢板碳含量为0.1%的推力轴承。为了确保所需的硬度，渗碳淬火，淬火后深度为1mm的表面硬度必须大于HRC60。淬火硬度和碳含量的关系如图所示。碳含量超过一定含量后硬度下降的原因是剩余奥氏体增加。FCC铁的碳扩散系数为D=0.12exp(-32000/RT)，采用扩散公式和铁碳合金相，得出1050固体渗碳2.4后渗层各点的碳含量。计算从曲面开始，每0.02厘米获取数据，然后计算到深度为1mm，从而根据计算结果绘制经度分布曲线。(硬度和碳含量关系见图)，中国计量学院，18，5，为什么钢铁部件的渗碳温度一般要在-Fe上区进行？-如果不在Fe上进行会有什么结果？6.在纯铜圆柱的顶部镀薄放射性同位素铜。在高温下退化20h后，对铜棒进行分层剥(与浓度成正比)测量放射性强度(与浓度成正比)，数据如下，求出铜的磁扩散系数。7，纯Cr，纯Fe形成扩散偶，1小时后界面移动了15.2米。在已知接口上，如果Cr的摩尔分数x(Cr)=0.478，则=126/cm，(l为扩散距离)，互扩散系数为1.