物理化学和冶金学家Lawrence Stamper Darken(1909—1978年)曾详尽研究了Kirkendall效应。1948年,他发表了其研究结果。他的研究把双组分扩散系统的扩散系数、组元的本征扩散系数和自扩散系数联系起来了。Darken的第一个方程描述了标志物的迁移速率:
该式称为Darken第一方程(Darken's first equation);其中D1、D2分别为组元1、2在一定浓度梯度下的扩散系数(即分扩散系数或本征扩散系数);M1、M2分别为组元1、2的摩尔分数;x为距离。在此基础上,Darken利用一维不稳定扩散微分方程、并引入玻耳兹曼变换后获得下式:
该式称为Darken第一方程(Darken's first equation);其中D1、D2分别为组元1、2在一定浓度梯度下的扩散系数(即分扩散系数或本征扩散系数);M1、M2分别为组元1、2的摩尔分数;x为距离。在此基础上,Darken利用一维不稳定扩散微分方程、并引入玻耳兹曼变换后获得下式:
其中D为综合扩散系数,即互扩散系数,也是扩散微分方程中的扩散系数,而且实验所测得的扩散系数也是它。利用式(7-84b)、式(7-85b),计算式(7-90),并考虑式(7-85c)的热力学因子相等,得:
其中D为综合扩散系数,即互扩散系数,也是扩散微分方程中的扩散系数,而且实验所测得的扩散系数也是它。利用式(7-84b)、式(7-85b),计算式(7-90),并考虑式(7-85c)的热力学因子相等,得:
式(7-90)和式(7-91)合称为Darken第二方程(Darken's second equation)。式(7-91)将几种扩散系数集合在了一起。Darken方程在1950年芝加哥的那次研讨会上得到了大多数与会者的肯定。对于理想固溶体(γ1=1)、无限稀固溶体(γ1=常数),式(7-91)写为
式(7-90)和式(7-91)合称为Darken第二方程(Darken's second equation)。式(7-91)将几种扩散系数集合在了一起。Darken方程在1950年芝加哥的那次研讨会上得到了大多数与会者的肯定。对于理想固溶体(γ1=1)、无限稀固溶体(γ1=常数),式(7-91)写为(www.daowen.com)
对比式(7-92)等号两边,得
对比式(7-92)等号两边,得
介绍至此,不知读者是否明白了分扩散系数(本征扩散系数)Di、自扩散系数、综合扩散系数(互扩散系数)D及Fick定律中的扩散系数D之间的关系。
以上我们从较宏观的角度分析了物质的扩散。但是,我们很少考虑原子的迁移,特别是扩散微分方程是以连续介质方式来处理物质的扩散。而要了解扩散的机理,进而通过控制扩散过程获得一定的材料结构,就需要从原子尺度来理解物质的扩散及其影响因素。
介绍至此,不知读者是否明白了分扩散系数(本征扩散系数)Di、自扩散系数、综合扩散系数(互扩散系数)D及Fick定律中的扩散系数D之间的关系。
以上我们从较宏观的角度分析了物质的扩散。但是,我们很少考虑原子的迁移,特别是扩散微分方程是以连续介质方式来处理物质的扩散。而要了解扩散的机理,进而通过控制扩散过程获得一定的材料结构,就需要从原子尺度来理解物质的扩散及其影响因素。
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