无机材料科学基础章学习教案.pptx

会计学§7-1晶体中扩散的基本(jīběn)特点与宏观动力学方程一、基本(jīběn)特点二、扩散(kuòsàn)动力学方程
Dynasticequation
ofdiffusion1、稳定(wěndìng)扩散和不稳定(wěndìng)扩散2、菲克定律(dìnglǜ)菲克第一(dìyī)定律对于(duìyú)一般非立方对称结构晶体，扩散系数D为二阶张量，上式可写为：对于大部分的玻璃或各向同性的多晶陶瓷材料，可认为(rènwéi)扩散系数D将与扩散方向无关而为一标量菲克第二(dìèr)定律同理在y、z方向流进的净物质(wùzhì)增量分别为：放在δt时间内整个体积(tǐjī)元中物质净增量为：若假设扩散体系具有(jùyǒu)各向同性，且扩散系数D不随位置坐标变化则有：3、扩散(kuòsàn)的布朗运动理论3、扩散的布朗运动(bùlǎnɡyùndònɡ)理论三、扩散(kuòsàn)动力学方程应用举例D和dc/dr分别(fēnbié)为O2在钢罐内的扩散系数和浓度梯度三、扩散动力学方程(fāngchéng)应用举例可用于扩散系数的测定，通过测量经历(jīnglì)一定的时间后，从表面到不同深度处放射性原子的浓度，可得D，将上式两边取对数：一、扩散(kuòsàn)的一般推动力一、扩散(kuòsàn)的一般推动力二、质点迁移的微观(wēiguān)机构与扩散系数如图中(b)，间隙质点穿过(chuānɡuò)晶格迁移到另一个间隙位置。如图中(c)，间隙质点从间隙位置(wèizhi)迁移结点位置(wèizhi)，并将结点位置(wèizhi)上的质点撞离结点位置(wèizhi)而成为新的间隙质点如图中(d)，两个相邻(xiānɡlín)结点位置上的质点直接交换位置进行迁移如图中(e)，几个结点位置上的质点以封闭的环形依次交换(jiāohuàn)位置进行迁移（二）扩散系数（二）扩散系数--空位(kōnɡwèi)机构
若空位来源于晶体结构中的本征热缺陷，则Nv：Nv=exp｛—ΔGf/2RT｝
ΔGf空位形成能。
所以空位机构与扩散系数:

D：为本征扩散系数或自扩散系数。
因为（-晶胞参数）
所以

几何因子
（二）扩散系数—间隙(jiànxì)机构（二）扩散系数—-实际晶体的扩散系数（二）扩散系数—-实际晶体的扩散系数（二）扩散系数—-实际晶体的扩散系数（二）扩散系数—-实际晶体的扩散系数三、非化学计量(jìliàng)氧化物中的扩散若T不变：三、非化学(huàxué)计量氧化物中的扩散若在非化学计量氧化物中同时考虑本征缺陷(quēxiàn)空位，杂质缺陷(quēxiàn)空位以及非化学计量空位对扩散系数是贡献，其LnD～1/T图，由含两个转折点的直线段构成。如图§7-4固相反应(fǎnyìng)及其动力学特§7-4SolidStateReactionandItsDynamicFeature固体材料的高温过程(guòchéng)中普遍的物理化学现象
材料生产过程(guòchéng)中基本的过程(guòchéng)之一
正确地认识和掌握固相反应可以有效地控制生产和强化生产定义(dìngyì)：一、固相反应(fǎnyìng)的特点：对于不同物质(wùzhì)的泰曼温度(Ts)与其熔点(Tm)间存在一定的关系：
金属:Ts=(0.3~0.4)Tm
盐类:Ts=0.57Tm
硅酸盐:Ts=(0.8~0.9)Tm二、固相反应(fǎnyìng)的分类(2)按反应的性质
氧化反应
还原(huányuán)反应
加成反应
置换反应
分解反应
……(3)按反应机理(jīlǐ)
扩散控制过程
化学反应速度控制过程
晶核成核速率控制过程
升华控制过程
………三、固相反应(fǎnyìng)历程§7-5固相反应(fǎnyìng)动力学方程§7-5DynamicsEquationofSolidStateReaction一、固相反应(fǎnyìng)一般动力学关系以金属(jīnshǔ)氧化反应为例：根据化学反应动力学一般原理，单位面积界面上金属氧化(yǎnghuà)速度VR：当整个(zhěnggè)反应过程达到稳定时，整体反应速率V为：当扩散速度(sùdù)>>化学反应速度(sùdù)时

(2)当扩散(kuòsàn)速度<<化学反应速度时(3)当扩散(kuòsàn)速度和化学反应速度相当时对于许多物理或化学步骤综合组成的固相反应过程的一般(yībān)动力学关系：二、化学反应(huàxuéfǎnyìng)动力学范围均相二元化学反应(huàxuéfǎnyìng)对于非均相的固相反应，前式不能直接用于描述(miáoshù)化学反应动力学关系。在固相反应(fǎnyìng)中将引入转化率G的概念:根据（7-6）式的含义(hányì)，固相化学反应中动力学一般方程