第四章固体中原子及分子的运动资料.ppt

第四章 固体中原子及分子的运动;本章内容;4.1.1 菲克第一定律(Fick’s first law);;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;;4.1.2 菲克第二定律 (Fick’s second law);在体积元(Adx)内;若D与浓度无关，则：;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;4.1.3 扩散方程的解;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;;;3. 衰减薄膜源;成分偏析的均匀化 ; 平均质量浓度 A0 偏析的起始振幅 λ 枝晶二次轴之间的一半距离;4.1.4 置换型固溶体中的扩散;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，即整体地流过了参考平面。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。 ;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：;4.1.5 扩散系数D与浓度相关时的求解;设无限长的扩散偶，其初始条件为： ;代入式（1），得;因为当ρ＝0时，dρ/dx=0，则;式中;4.2 扩散的热力学分析;由菲克第一定律：;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。上述结论也是正确的，可证明如下： ;由上式可得：;4.3 扩散的原子理论;4.3.2 原子跳跃和扩散系数;1. 原子跳跃频率;1. 原子跳跃频率;1. 原子跳跃频率;2.扩散系数（间隙扩散） ;2.扩散系数（置换扩散）;2.扩散系数（置换扩散）;;2. 扩散系数;4.4 扩散激活能;4.5 无规行走与扩散距离;4.6 影响扩散的因素;3. 晶体结构; 不同金属的自扩散激活能与熔点、熔化潜热、体积膨胀或压缩系数相关，熔点高的金属自扩散激活能大。 扩散系数与溶质的浓度有关。 第三组元可能提高也可能降低二元合金原子扩散速度，或者几乎无作用，特别应注意第三组元引起的上坡扩散，如下图所示：;4.7 反应扩散;4.8 离子晶体中的扩散;Schottkey型空位;Frankel 型空位;4.8 离子晶体中的扩散;;;离子化合价变化的影响;4.9 高分子的分子运动;二种基本的聚合反应 ;二种基本的聚合反应;二种基本的聚合反应;缩聚反应（Condensation polymerization）;缩聚反应（Condensation polymerization）;高分子链的结构形式;高分子链的结构形式;4.9 高分子的分子运动;;链的静态柔顺性可用链段长度与整个分子的长度之比x来表示：;高分子的分子运动大致可分为大尺寸单元和小尺寸单元两种。前者是指整个高分子链，后者是指链段或链段以下的小运动单元。;单键内旋转或链段的柔顺性取决于高分子的结构和其所处的环境（温度、压力、介质等）。影响高分子链柔顺性的结构因素主要有以下三方面：;1．主链结构;高分子链的长度和分子量相关，分子量越大，分子链越长。若分子链很短，可以内旋转的单键数目很少，分子的构象很少，必然出现刚性，所以低分子物质都没有柔顺性。如果链比较长，单键数目较多，整个分子链可出现众多的构象，因而分子链显示出柔顺性。不过，当分子量增大到一定数值，也就是说，当分子的构象数服从统计规律时，分子量对柔顺性的影响就不存在了。 4. 交联的影响 交联较少，交联点间的长度大于链段的长度，有好的柔顺性； 交联较多，交联点间的长度小于链段的长度，不存在柔顺性。 ;高分子链的几何形状主要有线型、支化型和体型（三维网状）等三类。高分子的聚集态结构主要有晶态结构、非晶体结构、取向态结构、液晶态结构，以及织态结构。;体型高分子是由分子链之间通过支链或化学键连接成一体的立体网状交联结构。分子的运动特性与交联的密度有关。 ;3．结晶高分子的力学状态