meg/aol 02第四章 固体中原子及分子的运动物质的传输方式气体：扩散+对流 固体：扩散液体：扩散+对流金属 陶瓷高分子键属金离子键共价键扩散机制不同 meg/aol 02本章内容 扩散的表象理论 扩散的原子机制 影响扩散的因素 陶瓷材料中扩散的主要特征 高分子材料中分子运动的规律 meg/aol 02 4.1 表象理论(Phenomenological laws)扩散(diffusion):在一个相内因分子或原子的热激活运动导 致成分混合或均匀化的分子动力学过程完全混合部分混合时间加入染料水 meg/aol 02高碳含量区域低碳含量区域碳的扩散方向Fe-C合金 meg/aol 024.1.1 菲克第一定律(Ficks first law)J=-Dddx稳态扩散)0dtd(=J:扩散通量(mass flux),kg/(m2s)D:扩散系数(diffusivity),m2/s:质量浓度，kg/m3 :浓度梯度dxd12dxJ(12)meg/aol 02平视方向俯视方向应用：测定碳在-Fe中的扩散系数2r2l2r12r12r2lr1000CC meg/aol 02稳态时:单位时间内通过半径为r(r2rr1)的圆柱管壁的碳量为常数:q/t-lnr实测的lnr与关系结论：1.当lnr与呈直线关系时，D与碳浓度无关2.当lnr与为曲线关系时，D是碳浓度的函数rddln=常数 径向通量：J=rltq2drd=-Drltq2=-D由菲克第一定律得：meg/aol 024.1.2 菲克第二定律(Ficks second law)推导过程：菲克第一定律+质量守恒xx1x2dxJ1J2J1J2通量质量浓度 扩散通量为J1的物质经过体积元后的变化通量和距离的瞬时关系浓度和距离的瞬时变化A非稳态扩散d/dt0 meg/aol 02在体积元(Adx)内J1AJ2A=J1A+dxxJA)(dxxJA-)(体积元内扩散物质质量的积存速率：dxAxJdxAt-=xJt-=积存速率=流入速率-流出速率)(xDxt=菲克第二定律 meg/aol 02若D与浓度无关，则：22xDt=对三维各向同性的情况：)(222222zyxDt=meg/aol 02菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，称为化学扩散当扩散不依赖于浓度梯度，仅由热振动而引起时，则称为自扩散定义：自扩散系数Ds=lim0 x(xJ-)。