材料的动力学过程.ppt

关于材料的动力学过程*第1页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*第7章固体材料的动力学过程

---激活、扩散及相关材料问题7.1材料状态改变、过程与激活能7.2玻尔兹曼分布与阿伦尼乌斯定律及其应用7.3金属材料中的原子扩散过程7.4离子晶体、共价晶体和聚合物中的扩散7.5材料中的动力学Ⅰ7.6材料中的动力学Ⅱ7.7材料中的动力学Ⅲ第2页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*7.1材料状态改变、过程与激活能7.1.1状态改变与过程状态Ⅰ状态Ⅱ●过程三共性：方向、途径、结果方向——自由能降低途径——阻力最小（激活能最低)结果——适者生存某过程例1：wc=0.8%的共析碳钢：退火（炉冷）——球状珠光体正火(空冷)——片层状索氏体淬火(水冷)——马氏体例2：wc=1.1%的过共析碳钢：（P+Fe3C).经长时退火——Fe3C既可球化而降低界面能，也可分解为石墨降低其化学自由能。第3页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*7.1.2亚稳状态与激活能图7-1:砖的几种状态（a）亚稳定（b）不稳定（c）稳定（平衡状态）推力F较小时,（a）→（a）态；推力F足够大时，（a）态→（b）激活态→（c）稳态●特点：①从亚稳态转变到稳定态是非自发的，需要借助于某种推动即热激活过程。②亚稳态存在的普遍性:提纯的金属;多种材料的实用组织状态均是亚稳态。③亚稳态是由动力学因素所造成的非平衡态。它是自由能极小值状态，不是最小值状态。vB(能垒高度)－vA＝Q(激活能)vA(亚稳态)－vC(稳态)＝H(反应热)第4页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*7.2玻尔兹曼分布与阿伦尼乌斯定律及其应用途径一：火车约9小时途径二：汽车约7小时途径一：飞机约1小时兰州西安第5页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*7.2.1反应途径反应进行的途径(或过程进行的方式)不只一种，但沿不同途径所需的激活能各不相同。末位置：（0)反应途径：Ⅰ:(000)初位置：（000）（0)Ⅱ:(000)(00)（0)图7-3面心立方晶体中空位迁移的途径第6页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*图7-4:原子沿P1途径的势能变化图7-5:原子沿P2途径的势能变化●不同途径原子所需势能对比——第7页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*7.2.2原子、分子的热能分布与玻尔兹曼定律●在一定温度（T）下材料内原子热运动平均能量为3/2（KT）,或3/2（RT）（1mol原子）●每原子的能量并不完全相同，遵循玻尔兹曼统计分布：具有能量为E～E+dE内的原子数目——dN=A·exp(－E/KT)dE则原子总数：NT=∫0∞A·exp(－E/KT)dE=AKT,A=NT/KT能量大于某值q的原子数目:N=∫q∞A·exp(－E/KT)dE=NT·exp(－q/KT),N/NT=exp(－q/KT)图7-6麦克斯韦-玻尔兹曼分布第8页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*7.2.3阿伦尼乌斯定律由于能克服某过程能垒进行反应的原子比例为exp(-Q/KT)(Q为激活能)，故反应速度正比于此原子比例：V=A·exp(－Q/KT)或V=A·exp(－Q/RT)Arrhenius定律R=N0·K取对数：lnV=lnA－Q/RT=常数－Q/R（1/T）图7-7lnV与1/T的关系lnV=lnA－(Q/R).1/Tln(或lg)V与1/T呈线性关系，对数坐标作图由V、T可求Q。●影响V（反应速度）的二要素：Q与T①多个过程竞争时。Q小的过程V最大，——捷足先登；②过程的T——V第9页，讲稿共31页，2023年5月2日，星期三*?2C?x