弹性应变下扩散偶界面微结构演变过程研究(3)
1.2.1 基本扩散定律——菲克定律 扩散是一种由热运动引起的物质传递过程。若粒子在介质中分布不均匀，并存在浓度梯度或化学位梯度时，则介质中将产生使梯度趋于均匀的定向扩散流。早在 1858年，菲克（Fick）就对这种扩散过程作了定量的描述，分别提出了菲克第一定律和菲克第二定律。 1.2.1.1 扩散第一定律 菲克指出：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流量 J（称为扩散通量）与该截面处的浓度梯度呈正比，这一规律称为扩散第一定律。若扩散沿x 轴单向进行，浓度梯度为 dC/dx，则扩散第一定律可以表示为：
（1） 式中，D为扩散系数，单位是 cm2/s；C 为提及浓度，单位是 1/cm3,即单位体积内的原子个数。所以，J的单位是 1/cm2.s，即单位时间通过单位截面积的原子个数。 1.2.1.2 扩散第二定律 将物质守恒关系与扩散第一定律结合起来，就可以得到扩散第二定律。 （2） (2)式即扩散第二定律的数学表达式。 扩散第一定律中 等于零，是稳态扩散，第二定律中， 不等于零，为非稳态扩散。 1.2.2 扩散的机制 1.2.2.1 空位扩散 空位扩散机制是通过空位进行跳动。晶体中总有一定数量的空位，并且它们总是不断地移动位置。在空位扩散时，扩散原子跳入空位，此时所需的能量不大，但每次跳动必须有空位移动与之配合，即原子进入相邻空位实现一次跳动之后，必须等到一个新的空位移动到它的邻位，才能实现第二次跳动。因此实现空位扩散，必须同时具备两个条件：（1）扩散原子近旁存在空位；（2）邻近空位的扩散原子具有可以超过能垒的自由能。 空位扩散机制的提出与柯肯达尔效应有关。Kirkendall 等人实验证明了在 Cu-Zn置换固溶体中，Zn的扩散系数大于 Cu 的扩散系数。由于原子扩散速度不同造成标记面移动的现象称为柯肯达尔效应。 dxdC D J xC Dx tCt C / t C /
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