材料化學(xué) 擴(kuò)散41

1、第四章擴(kuò)散與物質(zhì)遷移4.1 物質(zhì)流菲克第一定律穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：介質(zhì)中的擴(kuò)散物質(zhì)的濃度梯度不隨時(shí)間、空間變化的擴(kuò)散，稱為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。對(duì)于一維擴(kuò)散， 式中為A在X方向上的質(zhì)量流通量，單位為g/cm2 s，為擴(kuò)散介質(zhì)中單位體積中A的質(zhì)量，單位為g/cm3,為A的擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s。又可表述為： 式中為A在X方向上的摩爾通量，單位為molg/cm2 s；為擴(kuò)散介質(zhì)中單位體積中A的摩爾數(shù)，單位為mol/cm3；為A的擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s。如果表示A物質(zhì)在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為體系總密度，則有：如果NA表示A的摩爾分?jǐn)?shù)，C表示單位體積的總摩爾數(shù)，則有：上述討論均為一維擴(kuò)散的情況，對(duì)于一般情況下的三維擴(kuò)

2、散，菲克第一定律的表達(dá)式為：4.2 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散菲克第二定律At=1t=2t=3t=4在擴(kuò)散體系中，擴(kuò)散物質(zhì)的濃度分布隨時(shí)間和空間而改變的擴(kuò)散，稱為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。JAxJAyJAzxyz微體積元在一般情況下，體系通常總體流動(dòng)，并伴隨有化學(xué)反應(yīng)，考慮流動(dòng)介質(zhì)中的擴(kuò)散問題，二元體系A(chǔ)、B，擴(kuò)散系數(shù)，、分別表示A和B的通量，為體系總密度，為A的質(zhì)量密度，： （1） （2） （3） （4） （5）兩邊同除以xyz： （6）對(duì)于（1）式兩邊加算子點(diǎn)積， （7） （8）對(duì)于連續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用Laplas方程結(jié)論 （9） （10）代入（6）式 （11）兩邊同除以A的原子量MA， （12）上式便是菲克第二定律的一般表

3、達(dá)形式，其中為體系中總的移動(dòng)速度，為單位體積中A的反應(yīng)速率。 4.3 擴(kuò)散的微觀機(jī)制與擴(kuò)散系數(shù)4.3.1 自擴(kuò)散系數(shù)自擴(kuò)散就是由體系中原子（質(zhì)點(diǎn)）的熱運(yùn)動(dòng)造成的無規(guī)則行走。有三種擴(kuò)散機(jī)制：空位機(jī)制、間隙機(jī)制、環(huán)圈機(jī)制，當(dāng)體系結(jié)構(gòu)中間隙比較大時(shí)，自擴(kuò)散主要為間隙機(jī)制，而當(dāng)原子半徑相差不大時(shí)，擴(kuò)散主要為空位機(jī)制。：原子間距 ：原子跳躍頻率愛因斯坦公式： 公式認(rèn)為體系中原子受某種虛擬力的作用以v速度遷移，B*定義為淌度，即沒有濃度和化學(xué)位梯度下質(zhì)點(diǎn)在單位作用力下的移動(dòng)速度，用于表征物質(zhì)自擴(kuò)散的能力。自擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定，可以利用示蹤劑法，通過放射性同位素進(jìn)行擴(kuò)散的觀察。 其中， 對(duì)于間隙擴(kuò)散，；而對(duì)于空位擴(kuò)散，。4.3.2 本征擴(kuò)散系數(shù)體系中存在濃度梯度或化學(xué)未梯度作為擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)時(shí)，物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)為本征擴(kuò)散系數(shù)。當(dāng)體系中i組