材料科学基础教学教案

四、焊缝金属的结晶组织

§5-7凝固技术的应用介绍 一、单晶的制备 二、定向凝固 三、材料非晶态

第六章 材料中的原子扩散

扩散是固体中物质传输的唯一方式 §6-1扩散现象及扩散方程 一、扩散现象

自扩散、互扩散、扩散激活能 二、菲克第一定律

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积的扩散物质的通量J与浓度梯度()成正比。

()

三、菲克第二定律

设扩散流量为J，扩散系数为D，体积浓度为C，图阴影部分体积的横截面积为A，则： 物质流入速率＝J1A 物质流出速率＝J2A＝J1A＋

?（JA）dx ?x?J?x 物质积存速率＝J1A －J2A＝－积存速率又可写为

Adx ?CAdx（2分） ?t

得：

?J?C?C?J故Adx＝－Adx，即＝－ ?t?t?x?x将扩散第一定律：J＝－D

?C??C＝(D) ?t?x?xdC代入，dx四、扩散方程的应用

1． 扩散系数不随浓度变化的恒稳态扩散 2． 扩散系数与浓度无关的非稳态扩散

初始条件、边界条件 五、柯肯达尔效应

置换固溶体中，由于两组元以不同的速率相对扩散而引起的标记面漂移现象

§6-2扩散微观机制 一、扩散的微观机制概述 1． 空位机制 2． 间隙机制 3． 自间隙机制 二、原子跃迁的距离

随机行走理论 三、扩散系数 四、扩散激活能 1． 间隙扩散激活能 2． 空位扩散激活能

§6-3扩散驱动力

上坡扩散：扩散物质由浓度低处向浓度高处进行的扩散。 扩散驱动力：化学位梯度

§6-4反应扩散

反应扩散：发生化学反应产生新相的扩散过程

§6-5影响扩散的因素 一、温度的影响

温度高，扩散系数D大 二、原子键力和晶体结构的影响

晶体结构：原子排列紧密,结合力强D小, D面心立方、密排六方

同素异构,固溶体对扩散元素溶解度大小,晶体各向异性均有影响。

三、固溶体类型与浓度的影响 浓度：高则D大 四、晶体缺陷的影响 晶界扩散、位错扩散 五、第三组元的影响

第七章 材料的变形