《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 固体中原子及分子的运动（1/2，4.1-4.6）

第四章固体中原子及分子的运动概述物质迁移的两种方式：对流和扩散固体中的原子在其点阵平衡位置振动，具有高能量的原子通过无规则的跳动而脱离其周围原子的约束形成原子定向迁移的扩散固体中存在成分差异时，原子从浓度高处向浓度低处扩散

第四章 固体中原子及分子的运动 概述 物质迁移的两种方式:对流和扩散。 固体中的原子在其点阵平衡位置振动，具有高能量 的原子通过无规则的跳动而脱离其周围原子的约束， 形成原子定向迁移的扩散。 固体中存在成分差异时，原子从浓度高处向浓度低处扩散

扩散是固体中原子迁移的唯一方式物质的传输方式液体：气体：固体：扩散+对流扩散+对流扩散键属金共价键离子键高分子金属陶瓷扩散机制不同

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 离 子 键 扩散机制不同 扩散是固体中原子迁移的唯一方式

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

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

4.1表象理论扩散(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水加入染料部分混合完全混合时间

4. 1 表象理论 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 部分混合 完全混合 时间 加入染料 水

碳的扩散方向Fe-C合金低碳含量区域高碳含量区域

高碳含量区域 低碳含量区域 碳的扩散方向 Fe-C合金

两种扩散稳态扩散与非稳态扩散p=f (t, x)在稳态扩散中，单位时间内通过垂直于给定方向的单位面积的净原子数（称为通量）不随时间变化，即任一点的浓度不随时间变化dp/dt = 0在非稳态扩散中，通量随时间而变化。dp/dt + 0

在稳态扩散中，单位时间内通过垂直于给定方向的单位 面积的净原子数（称为通量）不随时间变化，即任一点的 浓度不随时间变化。 两种扩散 稳态扩散与非稳态扩散 在非稳态扩散中，通量随时间而变化。 d/dt  0 d/dt = 0 =f (t, x)

经典实验Fresh Water浓度为0饱和溶液Solid NaCl

经典实验 Solid NaCl 饱和溶液 浓度为0

4.1.1菲克第一定律dp=0)稳态扩散dtdxPidpP2J=-D(pi>p2)dx1扩散通量，kg/(m2s)扩散系数m22/s质量浓度，kg/m3浓度梯度

4.1.1 菲克第一定律 J = -D d  d x 稳态扩散 0) dt d ( =  J: 扩散通量, kg/(m2 •s) D: 扩散系数, m2 /s : 质量浓度，kg/m3 dx : 浓度梯度 d 1 2 dx J (1>2 )

"_”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散由高浓度向低浓度区进行

“-”号表示扩散方向为浓度梯 度的反方向，即扩散由高浓度 向低浓度区进行

dT博丘叶定律=-kOdx热流dpJ=-D菲克第一定律dx质量流

x T Q k d d = - 傅立叶定律 热流 x J D d d  = - 菲克第一定律 质量流