第四章 原子及分子的運動-lyc

1、第四章原子及分子的運動李玉超李玉超聊城大學材料科學與工程學院聊城大學材料科學與工程學院1Atomic and Molecule Motion內(nèi)容2研究擴散一般有兩種方法：研究擴散一般有兩種方法： 表象理論原子理論表象理論原子理論本章主要討論本章主要討論固體材料固體材料中擴散的中擴散的一般規(guī)律一般規(guī)律擴散的影響因素擴散的影響因素擴散機制擴散機制等等本章章節(jié)結(jié)構(gòu)4.1表象理論4.2熱力學分析4.3原子理論4.4激活能4.5無規(guī)行走與擴散距離4.6影響因素4.7反應擴散4.8離子晶體中的擴散4.9高分子的分子運動3本章學習重點與難點1.Fick第一定律2.能運用Fick第二定律3.柯肯達爾效應4.互

2、擴散系數(shù)的圖解方法5.下坡/上坡擴散的因子判別6.擴散的機制，間隙/空位7.擴散系數(shù)及激活能計算48.無規(guī)行走的擴散距離與步長無規(guī)行走的擴散距離與步長9.影響擴散的因素影響擴散的因素10. 反應擴散的特點及相類型的確定反應擴散的特點及相類型的確定11. 動用電荷中性原理，確定出現(xiàn)的動用電荷中性原理，確定出現(xiàn)的缺陷類型缺陷類型12. 高分子鏈柔順性的表征及其結(jié)構(gòu)高分子鏈柔順性的表征及其結(jié)構(gòu)的影響因素的影響因素13. 不同結(jié)構(gòu)高分子力學狀態(tài)不同結(jié)構(gòu)高分子力學狀態(tài)LED用熒光粉5波長為波長為365 nm的光照射下，的光照射下，sialon熒光粉的顏色熒光粉的顏色6Structure of -SiAl

3、ON viewed along a direction nearly parallel to the c axis. 由由-Si3N4固固溶溶Al3+和和O2-后得到。后得到。紅色位置為摻紅色位置為摻雜的稀土離子雜的稀土離子位置位置.-Sialon 固溶體的結(jié)構(gòu)固溶體的結(jié)構(gòu)熒光粉的制備過程7Si3N4AlNCaCO3 or Ca3N2Eu2O3 or EuN混合混合煅燒得到煅燒得到SiAlON熒光粉熒光粉粉碎分級粉碎分級擴散擴散概 述 對流 物質(zhì)（氣體和液體）的遷移 擴散一、擴散（Diffusion）的現(xiàn)象與本質(zhì)1、擴散：熱激活的原子通過自身的熱振動克服束縛而遷移它處的過程，即原子或分子由于熱

4、運動不斷地從一個位置遷移到另一個位置。2、現(xiàn)象：柯肯達爾效應(兩種擴散速率不同的金屬在擴散過程中會形成缺陷)。3、本質(zhì)：。（不是原子的）二、研究擴散的方法1、表象理論：根據(jù)所測量的參數(shù)描述物質(zhì)傳輸?shù)乃俾屎蛿?shù)量擴散的宏觀規(guī)律；2、原子理論：擴散過程中原子是如何遷移的擴散的微觀機制。8固體擴散是固體材料中的一個重要現(xiàn)象材料的變形，相變，高溫蠕變等金屬的凝固、退火、回復再結(jié)晶等陶瓷的燒結(jié)94.1表象理論遷移無外場時，熱振動引起，遷移非定向。有外場時，有推動力，粒子的遷移才能形成定向擴散流。推動力是系統(tǒng)的化學位梯度系統(tǒng)的化學位梯度；當固體中存在著成分/濃度差異時，原子將從濃度高處向濃度低處擴散。速率？

5、104.1.1 FICKS FIRST LAW223diffusion fluxDiffusion coefficient/(. )/Jkgm sDmskg mddx擴散通量()，單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位 面積的物質(zhì)的量，擴散系數(shù)()，擴散物質(zhì)的質(zhì)量濃度，負號表示物質(zhì)的擴散方向與質(zhì)量濃度梯度方向相反11原子的通量原子的通量濃度梯度濃度梯度(質(zhì)量，摩爾質(zhì)量，摩爾)與導熱相似與導熱相似dTqdn RTQDDexp0Steady state diffusionddmmA tJDxA tx 公式是唯象唯象的關(guān)系式，不涉及微觀過程。D反映了整個擴散系統(tǒng)的特性，并不僅僅取決于某一種組元的特性。描

6、述了一種穩(wěn)態(tài)擴散。穩(wěn)態(tài)擴散穩(wěn)態(tài)擴散：系統(tǒng)中任一點的濃度。120t13唯象理論：知其然不知其所以然的科學理論。（錢學森） 楊振寧把物理學分為實驗、唯象理論和理論架構(gòu)三個路徑。唯象理論唯象理論是實驗現(xiàn)象更概括的總結(jié)和提煉，但是無法用已有的科學理論體系作出解釋。唯象理論被稱作前科學，因為它們也能被實踐所證實。理論架構(gòu)理論架構(gòu)是比唯象理論更基礎(chǔ)的，它可以用數(shù)學和已有的科學體系進行解釋。144.1.2 FICKS SECOND LAW非穩(wěn)態(tài)擴散(Non-steady state diffusion)Fick第一定律質(zhì)量守恒第二定律15xxxmJ AJAtxxx+xxJxJx+x16xxxxxxmJ AJ

7、AtJJmxA txJtxdJDdx Dtxxxxx+xxJxJx+x17Dtxx22222222DtxDtxyz3D diffusionif D=constant1822DtxdJDdx l第一、第二定律的關(guān)系第一、第二定律的關(guān)系 均表明擴散的結(jié)果總是使不均表明擴散的結(jié)果總是使不均勻體系均勻化，由非平衡均勻體系均勻化，由非平衡逐漸達到平衡逐漸達到平衡.x隨t增加濃度升高220ddx220ddx隨t增加濃度降低dJDdx 擴散方向與濃度降低的方向相一致Relation between Ficks first law and Ficks second law化學擴散由濃度梯度引起自擴散僅由熱振動

8、引起190limsxJDxExampleA 0.05cm layer of MgO is deposited between layers of Ni and Ta to provide a diffusion barrier that prevents reactions between the two metals. At 1400, Ni ions are created and diffuse through the MgO ceramic to the Ta. Determine the number of Ni ions that pass through the MgO per

9、second. The diffusion coefficient of Ni ions in MgO is 910-12cm2/s, and the lattice parameter of nickel at 1400 is 3.610-8cm.20Solution22Ni/MgO8 333atoms4Niatomsunitcell8.57 10(3.6 10 ) cmcmCcmcmatoms1071. 105. 01057. 8032422xCscmatomsNi1054. 1)1071. 1)(109(2132412xCDJs/atomsNi1016. 6221054. 11313To

10、tal Ni atoms per second214.1.3 擴散方程的解三種類型1、兩端成分不受擴散影響的擴散偶；2、一端成分不受擴散影響的擴散體；3、衰減薄膜源；2223兩端成分不受擴散影響的擴散偶2324一端成分不受擴散影響的擴散體2425衰減薄膜源251 1、兩端成分不受擴散影響的擴散偶、兩端成分不受擴散影響的擴散偶 infinite solidinfinite solid1）無限長A、B合金棒，各截面濃度均勻，濃度 2 12）兩合金棒對焊，擴散方向為x方向3）合金棒無限長，棒的兩端濃度不受擴散影響4）擴散系數(shù)D是與濃度無關(guān)的常數(shù)26 21ABOxJ初始條件及邊界條件271200,0,

11、txx初始條件初始條件邊界條件邊界條件22Dtx12,0,txx 21ABOxJ22222121212020exp()exp2()FiAdAcktxdddAdddAAxDt和代入第二公式解令 分別得求出：其中，為待定系數(shù)2829212121122200exp()exp()2222,20,AxtxddA ，-由初始條件：可以得到兩個待定系數(shù)為：現(xiàn)成公式： ， 2xDt29212120122101222( , )exexpp()22()()222AdAx tdxerfDt代入得質(zhì)量濃度隨距離和時間變化的公式：3030( )(error function)erf其中是誤差函數(shù)在界面處，erf(0)=

12、0。則有即界面上質(zhì)量濃度始終保持不變?nèi)艉附用嬗覀?cè)棒的原始質(zhì)量濃度為零時，則公式簡化為：311212( , )()222xx terfDt122s222( , )()1()22222xxx terferfDtDt公式用法公式用法知道知道D，及初始條件，可以求得，及初始條件，可以求得(x,t)322 2、一端成分不受擴散影響的擴散體、一端成分不受擴散影響的擴散體 semi-infintesemi-infinte 330s000,0,0,0,stxtxx 0( , )()()2ssxx terfDt如果滲碳零件為純鐵如果滲碳零件為純鐵 ，則有，則有00( , )1()2sxx terfDt為增加鋼件

13、表層的含碳量和形成一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。 滲碳：滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體滲碳介質(zhì)滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現(xiàn)并得到廣泛使用的。34例1：有一20鋼齒輪氣體滲碳，爐溫為927，爐氣氛使工件表面含碳量維持在0.9C,這時碳在鐵中的擴散系數(shù)為D=1.2810-11m2/s,試計算為使距表面0.5mm處含碳量達到0.4%C所需要的時間? 解：可以用半無限長棒的擴散來解 ：35例2：上例中處理條件不變，把碳含量達到0.4C處到表面的距離作為滲層深度，推出滲層深度與處理時間之間的關(guān)系，層深達到1.0mm則需多少時

14、間?解：因為處理條件不變在溫度相同時，擴散系數(shù)也相同，因此滲層深度與處理時間之間的關(guān)系：因為因為x2/x1= 2，所以，所以t2/t1= 4，這時的時間為，這時的時間為 34268s = 9.52hr363 3、衰減薄膜源、衰減薄膜源( (高斯函數(shù)的解高斯函數(shù)的解) ) 370000,0,0txx初始條件初始條件邊界條件邊界條件式中式中k是待定常數(shù)。通過對上式微分就可知其是待定常數(shù)。通過對上式微分就可知其是菲克第二定律的解。是菲克第二定律的解。 0,0,xt38222242eexp41xp()2222MdxDtdMkDMxDMdxxDtMkDdtDDtk假定擴散物質(zhì)的質(zhì)量為，棒的截面積為令，則

15、有3902exp4MxDtDt利用此模型，測定金屬的自擴散系數(shù)。利用此模型，測定金屬的自擴散系數(shù)。純金屬純金屬A金屬金屬A的同的同位素位素A*40414 4 成分偏析成分偏析( (正弦解正弦解) )42定義：擴散退火又稱均勻化退火，它是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。目的：消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。正弦解例：對于均勻化退火，要求晶粒中心成分偏析達振幅降低到1/100，則：該式說明，晶粒越粗大，均勻化時間以平方增加；相反，細化晶粒，可大大縮短均勻化時間。43oa2m xA( ,

16、 )sin=x)-e p(ooooxDtx tA為平均質(zhì)量濃度；為振幅；為晶粒間距一半22max(/ 2, )exp()1/100t=0.467DootDt 求得4.1.4、置換型固溶體中的擴散 間隙型溶質(zhì)原子的擴散 （鋼與純鐵）置換型溶質(zhì)原子的擴散（銅與鋅）Kirkendall Effect44不同點：一一種原子進入另一種原子的晶格要另一種原子擴散運動離開才能達到節(jié)點位置； 在晶體中兩種原子的大小、性質(zhì)不相同，擴散遷移的速度也不一樣，一種原子離開的離開的個數(shù)個數(shù)與另一種原子進入的個數(shù)進入的個數(shù)不相等時就會形成新的晶格新的晶格或部分晶格消失，因此代位擴散過程中會引起某種材料晶格數(shù)量的變化。 4

17、5黃銅黃銅銅銅ZnCurr若若DCu=DZn，鋅原子尺寸大于銅原子尺寸，但是擴散后造，鋅原子尺寸大于銅原子尺寸，但是擴散后造成點陣常數(shù)變化使鉬絲移動量，只相當于實驗值的成點陣常數(shù)變化使鉬絲移動量，只相當于實驗值的1/10，故點陣常數(shù)變化不是引起鉬絲移動的唯一原因，所以只故點陣常數(shù)變化不是引起鉬絲移動的唯一原因，所以只能說明能說明DCuDZn主要原因？在Cu-Au、Cu-Ni、Cu-Sn、Ni-Au、Ag-Cu、Ag-Zn等置換式固溶體中都會發(fā)生此現(xiàn)象。而且標志物總是向著低熔點組點較多的一方移動。即低熔點組元擴散快，高熔點組元擴散慢。正是這種不等量的原子交換造成了柯肯達爾效應。46低熔點高熔點另

18、一角度分析：在互擴散中，低熔點組元鋅和空位的親和力大，這樣在擴散過程中流入到黃銅中的空位就大于從黃銅流入到銅中的空位數(shù)量。即存在一個從銅到黃銅的凈空位流，也相當于往外遷移的原子多，結(jié)果造成了中心區(qū)晶體整體收縮，從而造成鉬絲的內(nèi)移。47柯肯達爾效應的理論和實際意義1、直接否定了置換式固溶體的換位機制，支持空位機制空位機制。2、說明，在擴散系統(tǒng)中，每一種組元都有自己的擴散系數(shù)，由于JZnJCu，因此DZnDCu。3、不利影響。電子器件中，大量的布線、接點、電極等，要在較高溫度下工作很長時間。上述效應會引起斷線、擊穿等。48利用KIRKENDALL效應做材料ZnAl2O4納米管49ZNAL2O4納米

19、管TEM照片50DARKEN EQUATION51低熔點低熔點B2高熔點高熔點A1標志物標志物21t=0yxyvOx引入兩坐標系。引入兩坐標系。一個固定一個固定x-y，一個是坐落在晶面一個是坐落在晶面上和晶面一直運動上和晶面一直運動的動坐標系的動坐標系x-y。52低熔點低熔點B2高熔點高熔點A1標志物標志物21t=0yxyvOx三個擴散系數(shù)三個擴散系數(shù)DA和和DB，分別表示，分別表示A和和B的的分擴散系數(shù)分擴散系數(shù)試驗中測定得到的，試驗中測定得到的，是是綜合擴散系數(shù)綜合擴散系數(shù)，就是就是Fick公式中的公式中的D。DARKEN EQUATION首先推導一下3個D的相互關(guān)系假設(shè)擴散過程中，晶格常

20、數(shù)不變，摩爾濃度不變，橫截面積不變。5321yxyvOx分擴散是相對于動坐標而言的；分擴散是相對于動坐標而言的；總的擴散效果分擴散整體收縮效果；總的擴散效果分擴散整體收縮效果；542121122112ABAvJDJDxxvvJJx 相對于動坐標， ， 的分擴散通量為：由于，高熔點 一側(cè)有流體靜壓力，則各晶面連同動坐標系會沿 方向平移(即的，設(shè)速度為 )，相對于固定坐標系，增加了方向相同的標記面是移動和兩個附加通量。111111222222JJvDvxJJvxvxDv 所以相對于固定坐標系，總通量為：為 處晶面的平移速度；5556121221122112121212212112112121221

21、1221112( )( )AB3(1)ABxxMMMMxxDDMDMDMMDx Dx DMMMMMDDDvxMxMDvxx 根據(jù)假設(shè)各 處點密度（摩爾濃度）不變，有、分別為 和 的原子量為求出 個 之間的關(guān)系，消去 。得到達肯公式、分別為 和 的摩爾分數(shù)進一步求出漂移速度：常數(shù)1211121221221(2)DxDDMMxxxvDDx達肯公式11112222DvDxxDvDxx 得到最終的綜合擴散方程為：571122JDxJDx 2112Dx Dx D總的擴散效果總的擴散效果 純擴散整體漂移純擴散整體漂移FICK定律的進一步討論：在4.1節(jié)我們只討論過一個通量方程，那時其實隱含隱含著一個假設(shè)著

22、一個假設(shè)，認為二元系統(tǒng)在擴散時是反向擴散，而且擴散系數(shù)相同。現(xiàn)在我們認識深入了一步：知道兩者的分擴散系數(shù)可以不相等，分擴散系數(shù)是對于動坐標來說的。從而導致了擴散并不僅僅存在純擴散性的流動，還存在漂移。經(jīng)過推導得到，對于固定坐標系有：581122JDxJDx 4.1.5、擴散系數(shù)與濃度相關(guān)時的求解前面講述中認為D與濃度無關(guān)實際上D往往隨濃度而變化如何去求不同質(zhì)量濃度下擴散系數(shù)D？59Dtxx22DtxDtxx圖解求法玻爾茲曼和俁野給出了從實驗曲線(x)來計算不同質(zhì)量濃度下的擴散系數(shù)D()的方法。設(shè)無限長的擴散偶6000,00,0,xxt初始條件初始條件00613/200,11,22120dxdd

23、dtdttdxdxdtD ddddDDDxxxddxt ddttdddDddxtdtddd Dd 此時的初始條件令則為：00,00,0,xxtDtxx62111111111111100000101012121()21()2ddddd DDDdddddDdxddDtdxdxDxdtxtdtxddxxd 將 代入得：為曲線上處斜率的倒數(shù)，為積分面積63000000000000011102000020dddddd DDDDddddxxddxdxxdt 但是 的原點應該定在哪里？俁野確定了的平面位置(俁野面)因為當或時，。上式兩項均為零。即在平面兩側(cè)組元的擴散通量相等，方向相反，此時擴散的凈通量為零，

24、也就是俁野。只有當擴散偶的體積不變時，俁野面才與原始焊接俁野面就是擴散偶中通過它的面重合兩組元面兩側(cè)的影線面的反向通量相等積相等。的平面。00000ccxdxdxd俁野方法1、試樣經(jīng)過t時間擴散后，根據(jù)實驗結(jié)果畫出濃度分布曲線2、用作圖法找出俁野面，即使圖中的面積A=B；3、4、經(jīng)過一次退火，可以獲得該溫度下對應于不同濃度的一系列擴散系數(shù) 。5、俁野面的物理意義是，物質(zhì)流經(jīng)此平面進行擴散，流入的量與流出的量相等。641110dxxxdd 為曲線上處斜率的倒數(shù)，為積分面積1()D3個面S0原始焊接面，對于固定的空間坐標系，在擴散中其位置是不變的。 SM俁野面，其物理意義是在擴散過程中，向兩個方向

25、流過此面的物質(zhì)的量相等。 SI柯肯達爾標記面，認為是固定在某一晶面上的動坐標系，在不等量原子交換的擴散中，其運動速度為v。65下面總結(jié)在不同條件下下面總結(jié)在不同條件下3個面相對位置的變化規(guī)律，個面相對位置的變化規(guī)律，以建立擴散過程中物質(zhì)流動的明晰圖像以建立擴散過程中物質(zhì)流動的明晰圖像.66低熔點低熔點B2高熔點高熔點A121xO2121x3x1x2(a)(b)(c)12112022111111122222211220M( )00IaDDtxvDDxvSSxvDDxJJvDvxJJvDvxJJJJSS ，且，即濃度不隨時間變化，分擴散系數(shù)相等。由得，；對固定坐標系，由式得，；S0 SI SM(d

26、)67低熔點低熔點B2高熔點高熔點A121xO2121x3x1x2(a)(b)(c)1212001201120120M( )0IIbDDtSJJSBJASJJSSJJSSJSx，且也就是說，以標記面為準，必然引起整體流動。以為準， 過來得多，又退回去一部分， 過來得少，又補充了一部分。經(jīng)過對動坐標系調(diào)整以后，通過面的總通量，所以也是俁野面。圖中來說，則對是柯肯固定達爾坐效標系，；應引起的。S0 SMSI(d)68低熔點低熔點B2高熔點高熔點A121xO2121x3x1x2(a)(b)(c)122M0M( )0IcDDtxSSSS，且由于等量原子交換也會引起標記移動，是點陣常數(shù)變化引起的，在這種

27、情況下，SI SMS0(d)69低熔點低熔點B2高熔點高熔點A121xO2121x3x1x2(a)(b)(c)12M0( )0IdDDtSSSCuZn，且在體系中，如果擴散退火時間足夠長，觀察到的就是這種情況。SIS0(d)SM4.2、擴散的熱力學分析 有順流而下，必有逆水行舟擴散的驅(qū)動力（driving force）?由高向低濃度區(qū)的擴散叫順擴散，又稱下坡擴散(Downhill); 由低向高濃度區(qū)的擴散叫逆擴散，又稱上坡擴散(Uphill)。例子：例子：過飽和固溶體的脫溶脫溶，從中析出第二相第二相，此外固體電解質(zhì)中的帶電離子在電場或磁場的作用下，發(fā)生的擴散遷移也不一定是從高濃度處流向低濃度處

28、。70燒水燒水冰箱冰箱TP0iiFx即擴散總是向化學勢減小的方向進行。在等 、 條件下，只要存在化學勢差，就產(chǎn)生擴散，直原子所受的驅(qū)動到力：iiiGnni，是組元的原子數(shù)，摩爾數(shù)吉布斯自由能的微分形式是：吉布斯自由能的微分形式是：dG = SdT + Vdp + dn第第i個原子的吉布斯自由能個原子的吉布斯自由能71當驅(qū)動力等于阻力時，達到最大擴散速度擴散平均速度v正比于驅(qū)動力F72iiiiiiiiBJvJB FBFxvB 比例系數(shù) 為單位驅(qū)動力作用下的速度，即。擴散通量 遷移率lnlniiiiiiiiiiiiiiiiiiiJB FBxJDxDBBBxx 式中。73llnln1lnnln1ln

29、iiiiiiiiiiiiiiiarDkTBkTBxkTaaar xrrx，為固溶體中的活度，并有=，為活度系數(shù)熱力學因子74iiiDkTBrr對于理想固溶體( =1)，稀固溶體( =常數(shù))有：即只能斯特-愛因斯坦方與遷移率有關(guān)系，而對于一般實際固程。溶體也適用。75ln1lniiirDkTBxln100lnln100lniiiirDxrDx則有，組元從高到低遷移，“下坡” ， ，組元從低到高遷移，“上坡”75引起上坡擴散還可能有：1).彈性應力的作用。彈性應力的作用。(stress gradient)彎曲固溶體，上部受拉點陣常數(shù)增大，彎曲固溶體，上部受拉點陣常數(shù)增大，大原子上移至受拉區(qū)，下部受

30、壓點陣大原子上移至受拉區(qū)，下部受壓點陣常數(shù)變小，小原子移向受壓區(qū)，出現(xiàn)常數(shù)變小，小原子移向受壓區(qū)，出現(xiàn)逆擴散。逆擴散。762).晶界的內(nèi)吸附。晶界的內(nèi)吸附。(adsorption)晶界能量比晶內(nèi)高，如果溶質(zhì)原子位于晶界上可降低體系總能晶界能量比晶內(nèi)高，如果溶質(zhì)原子位于晶界上可降低體系總能量，它們會優(yōu)先向晶界擴散，富集于晶界上。偏聚量，它們會優(yōu)先向晶界擴散，富集于晶界上。偏聚3).大的電場或溫度場也促使晶體中原子按一定方向擴散，造成大的電場或溫度場也促使晶體中原子按一定方向擴散，造成擴散原子的不均勻性。擴散原子的不均勻性。 4.3、擴散的原子理論原子靠熱振動，從一個位置跳到另一位置，擴散機制有以

31、下幾種：1、交換2、間隙3、空位4、晶界擴散及表面擴散771、交換機制、交換機制直接交換直接交換及及環(huán)型交換環(huán)型交換引起的引起的畸變都較大，所需的激活能畸變都較大，所需的激活能很大，所以金屬及合金的相很大，所以金屬及合金的相關(guān)實驗中未觀察到。關(guān)實驗中未觀察到。78環(huán)形交換機制2 2、間隙機制、間隙機制原子從一個晶格中間隙位置遷移到另一個間隙位置。原子從一個晶格中間隙位置遷移到另一個間隙位置。間隙固溶體間隙固溶體H、N、C等效間隙型溶質(zhì)原子。置換固溶體置換固溶體提出了提出了堆填和擠列。堆填和擠列。79推填機制推填機制（間接間隙機制）：一個填隙原子把近鄰的、在晶格結(jié)點上的原子推到附近的間隙中，而自

32、己填到被推出去的原子的原來位置；擠列機制擠列機制：一個間隙原子擠入一列原子中。推填（填隙）機制3、空位機制、空位機制 晶體中存在著空位。這些晶體中存在著空位。這些空位的存在使原子遷移更容空位的存在使原子遷移更容易，故大多數(shù)情況下，原子易，故大多數(shù)情況下，原子擴散是借助空位機制擴散是借助空位機制 。柯肯達爾效應柯肯達爾效應.80814、晶界擴散及表面擴散、晶界擴散及表面擴散 對于多晶材料，擴散物質(zhì)可沿三種不同路徑進行，體擴散對于多晶材料，擴散物質(zhì)可沿三種不同路徑進行，體擴散D DL L ，晶界擴散，晶界擴散D DB B和表面擴散和表面擴散D DS S ，并且有，并且有D DL L D DB B

33、03 C = 2，p C-OC-C 雙鍵不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，但孤立雙鍵，減少原子或基團從而增大了柔順性。取代基特性取代基特性極性越強，相互作用力大，柔順性越差。非極性，體積越大、不對稱，柔順性差。鏈長度鏈長度鏈短，可內(nèi)旋轉(zhuǎn)的鍵少，構(gòu)象少，無柔順性。鏈較長，顯示出柔順性。不過鏈過長，由于構(gòu)象數(shù)服從統(tǒng)計規(guī)律，分子量對柔順性無影響。1143、用分子運動解釋高分子的不同力學狀態(tài)幾何形狀主要有線型、支化型和三維網(wǎng)狀115線型非晶態(tài)高分子的三種力學狀態(tài)線型非晶態(tài)高分子的三種力學狀態(tài)玻璃態(tài)：TTg分子動能增加，膨脹增加空間，鏈段開始響應外力。但整個分子鏈不能整體運動。粘流態(tài)： TTf分子鏈中的鏈段可以同時或相繼同向

34、移動，從而整個分子鏈可以發(fā)生位移。變形是不可逆的。116加工區(qū)間：加工區(qū)間：Tf Td體型（網(wǎng)）非晶態(tài)高分子的力學狀態(tài)體型（網(wǎng)）非晶態(tài)高分子的力學狀態(tài)交聯(lián)密度越大，運動越困難。交聯(lián)密度越大，運動越困難。結(jié)晶高分子的力學狀態(tài)結(jié)晶高分子的力學狀態(tài)有固定熔點：有固定熔點：Tm。對于大分子量的，存在高彈態(tài)。而小分子量的晶體對于大分子量的，存在高彈態(tài)。而小分子量的晶體沒有。沒有。完全結(jié)晶的高分子是不存在的，都會有相當部分的完全結(jié)晶的高分子是不存在的，都會有相當部分的非晶區(qū)。所以整個材料的力學狀態(tài)受結(jié)晶區(qū)域的力學狀非晶區(qū)。所以整個材料的力學狀態(tài)受結(jié)晶區(qū)域的力學狀態(tài)和非晶區(qū)的力學狀態(tài)的共同影響。態(tài)和非晶區(qū)的

35、力學狀態(tài)的共同影響。皮革態(tài)即硬又韌皮革態(tài)即硬又韌117習題與輔導習題與輔導1.有兩種激活能分別為Q1=83.7kJ/mol和Q2=251kJ/mol的擴散反應。觀察在溫度從25升高到600時對這兩種擴散的影響，并對結(jié)果作出評述。2.為研究穩(wěn)態(tài)條件下間隙原子在面心立方金屬中的擴散情況，在厚0.25mm的金屬薄膜的一個端面（面積1000mm2）保持對應溫度下的飽和間隙原子，另一端的間隙原子為0，測得下列數(shù)據(jù)：計算在這兩個溫度下的擴散系數(shù)和間隙原子在面心立方金屬中擴散的激活能。溫度/K薄膜中間隙原子的溶解度/（kg.m-3）間隙原子通過薄膜的速率/（g.s-1）122314.40.0025113619.60