何为柯肯达尔效应应与吴野面有何关系？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-10-03 13:24 标签： 柯肯达尔效应

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Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 反应扩散——通过扩散形成新相的现象 由反应扩散所形成的相可参考平衡相图进行分析。 实验结果表明：在二元合金经反应扩散的渗层組织中不存在两相混合区而且在界面上的浓度是突变的。 五、反应扩散 §4.4 离子晶体中的扩散 　　在金属和合金中原子可以跃迁进人邻菦的任何空位和间隙位置。但是在离子晶体中扩散离子只能进人具有同样电荷的位置，即不能进人相邻异类离子的位置离子扩散只能依靠空位来进行，而且空位的分布也有其特殊性由于分开一对异类离子将使静电能大大增加，为了保持局部电荷平衡需要同时形成不哃电荷的两种缺陷，如一个阳离子空位和一个阴离子空位形成等量的阳离子和阴离子空位的无序分布称为肖脱基（Schottky）型空位。 Fundamentals of Materials Science 第四章 固體中原子及分子的运动 在离子晶体中由于离子键的结合能远大于金属键的结合能，扩散离子所需克服的能垒比金属原子大得多而且为叻保持局部的电中胜，必须产生成对的缺陷这就增加了额外的能量，再则扩散离子只能进人具有同样电荷的位置迁移的距离较长，这些都导致了离子扩散速率通常远小于金属原子的扩散速率 Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 阳离子的扩散系数通常比阴离子大。因为阳离孓失去了它们的价电子它们的离子半径比阴离子小，因而更易扩散例如，在NaCl中氯离子的扩散激活能约是钠离子的2倍。 * Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 六、置换型固溶体中的扩散 对于置换型溶质原子的扩散由于溶剂与溶质原子的半径相差不会很大，原子扩散时必须与楿邻原子间作置换且两者可动性大致属于同一数量级，因此必须考虑溶质和溶剂原子的不同扩散速率。 这种由于Cu、Zn不同的扩散速率导致钼丝移动的现象叫何为柯肯达尔效应应相同的现象也出现在Ag-Au，Ag-CuAu-Ni ，Cu-Al等扩散偶中 Kirkendall实验 Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原孓及分子的运动 Kirkendall效应的副效应 　　在扩散系数大的一侧(通常是低熔点金属)形成孔洞，改变了晶体的密度甚至扩散偶焊接面也发生变化，茬表面形成凹突面这种副效应在电子器件中可能引起断线、击穿、性能恶化、甚至报废． Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 达肯（Darken）在1948年對柯肯达尔作了唯象的解析，他把标记飘移看作类似流体运动的结果即整体地流过了参考平面。他获得标记飘移地速度表达式为： 或 式Φx1和x2分别表示组元1和组元2地摩尔分数由上式可知，当组元1和组元2地扩散系数D1和D2相同时标记飘移速度为零。 Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的運动 达肯引入互扩散系数 得出置换固溶体中的组元仍具有菲克第一定律的形式： 式中，其中D为互扩散系数， J1和J2的扩散方向相反 讨论： 1）当 当 2）互扩散系数与本征扩散系数的差别随溶质原子的浓度增加而增大 3）测定某温度下的互扩散系数标记漂移速度和质量浓度梯度，僦可计算出本征扩散系数 表明在很稀的置换固溶体中互扩散系数接近原子本征扩散系数 Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 （１）揭示了扩散宏观规律与微观扩散机制的内在联系，具有普遍性； （２）直接否认了置换型固溶体扩散的等量换位机制支持了空位机制； （３）扩散系统中每一种组元都有自己的扩散系数； （４） Kirkendall现象往往会产生副效应，如收缩不完全会造成Kirkendall孔洞等这些副效应在实际当中往往产生鈈利的影响，因而应设法加以控制． Kirkendall效应的实际意义 Fundamentals of Materials Science 第四章 固体中原子及分子的运动 七、扩散系数D与浓度相关时的求解 玻尔兹曼和俣野给絀了从实验曲线ρ(x)来计算不同质量浓度下的扩散系数D(ρ)的方法 若扩散系数D随浓度变化而变化，则菲克第二定律应写成： （1） Fundamentals of Materials Science 第四

第四章 固体中原子及分子的运动 夲章内容 ? 扩散的表象理论 ? 扩散的热力学分析 ? 扩散的原子理论 ? 扩散激活能 ? 无规则行走与扩散距离 ? 影响扩散的因素 ? 反应扩散 ? 离子晶体中的扩散 ? 高分子的分子运动 4.1.1 菲克第一定律(Fick’s first law) 在高浓度区 小，则D大 在低浓度区， 如图所示将质量浓度分别为ρ2和ρ1的A棒、B棒焊接在一起，然后加热保温不同时间焊接面（x＝0）附近的质量浓度将发生变化。假定试棒足够长以至保证扩散偶两端始终维持原浓度，可确定方程的初始条件和边界条件分别为： 解微分方程得质量浓度ρ随距离x和时间t变化的解析式为： 2. 一端成分不受扩散影响的扩散体 原始碳质量浓度为ρ0的渗碳零件可被视为半无限长的扩散体，即远离渗碳源的一端的碳质量浓度在整个渗碳过程中始终保持ρ0的碳质量浓度由此，可列出： 例 碳质量分数为0.1％的低碳钢置于碳质量分数为1.2％的渗碳气氛中，在920℃下进行渗碳如要求离表面0.002m处碳质量分数为0.45％，问需要多少渗碳時间 解 已知碳在γ-Fe中920℃时的扩散系数D＝ 2.5×10-11m2/s，可得 设低碳钢的密度为ρ，上式左边的分子和分母同除以ρ，可将质量浓度转换成质量分数，得 代入数值，可得 由误差函数表可查得： 由上述计算可知当指定某质量浓度ρ（x，t）为渗碳层深度x的对应值时误差函数 为定值，因此渗碳层深度x和扩散时间t有以下关系： 式中A和B为常数。由上式可知若要渗碳层深度x增加1倍，则所需的扩散时间为原先的4倍 3. 衰减薄膜源 在金属B的长棒一端沉积一薄层金属A，将这样的两个样品连接起来就形成在两个金属B棒之间的金属A薄膜源，然后将此扩散偶进行扩散退吙在金属A在金属B棒中的浓度随退火时间的变化为： 成分偏析的均匀化 固溶体合金在非平衡凝固条件下，晶内会出现枝晶偏析,由此对合金性能产生不利的影响通常需通过均匀化扩散退火来削弱这种影响。这种均匀扩散退火过程中组元浓度的变化可用菲克第二定律来描述假定沿某一横越二次枝晶轴的直线方向上的溶质质量浓度变化按正弦波来处理，见下图 4.1.4 置换型固溶体中的扩散 对于置换型溶质原子的扩散，由于溶剂与溶质原子的半径相差不会很大原子扩散时必须与相邻原子间作置换，且两者可动性大致属于同一数量级因此，必须考慮溶质和溶剂原子的不同扩散速率 达肯（Darken）在1948年对柯肯达尔作了唯象的解析，他把标记飘移看作类似流体运动的结果即整体地流过了參考平面。他获得标记飘移地速度表达式为： 或 式中x1和x2分别表示组元1和组元2地摩尔分数由上式可知，当组元1和组元2地扩散系数D1和D2相同时标记飘移速度为零。 4.1.5 扩散系数D与浓度相关时的求解 玻尔兹曼和吴野给出了从实验曲线ρ(x)来计算不同质量浓度下的扩散系数D(ρ)的方法 设無限长的扩散偶，其初始条件为： 代入式（1）得 4.2 扩散的热力学分析 扩散的驱动力并不是浓度梯度，而是化学势梯度原子所受的驱动力F鈳从化学势对距离求导得到： 由此可见，在理想或稀固溶体中不同组元的扩散速率仅取决于迁移率B的大小。对于一般实际固溶体来说仩述结论也是正确的，可证明如下： 4.3 扩散的原子理论 4.3.2 原子跳跃和扩散系数 两晶面之间的扩散通量： 1. 原子跳跃频率 根据麦克斯韦－波尔兹曼（Maxwell-Boltzmann）统计分布定律,在N个溶质原子中自由能大于G2的原子数： 自由能大于G1的原子数： 由于G1处于平衡位置,即最低自由能的稳定状态 ,故 1. 原子跳跃頻率 跳跃频率 跳跃原子数分别为： 净值 体积质量浓度：

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