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1 内容
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2 练习
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3 案例
1. 扩散第二定律的导出
在垂直于扩散方向x的方向上取一截面积为A、长度为dx的体积元。设流入和流出体积元的通量分别为J1和J2,则在dt时间内
流入量为:
流出量为:
浓度增加量为:
即
所以有:
将第一定律带入,得
——扩散第二定律
设D与c无关,则上式可简化为
上式表明:浓度随时间的变化率与浓度分布曲线的二阶导数成正比。
2. 第一定律和第二定律对扩散过程的描述
对扩散过程的描述一致:扩散过程使不均匀体系均匀化,有由非平衡逐渐达到平衡,如图所示。
扩散第二定律是一个偏微分方程,采用不同的解法可得到适用于不同情况的解。常见的解有误差函数解、高斯解和正弦解。
3. 误差函数解
扩散第二定律的误差解为
上式即扩散第一定律的误差解的通解,其中
为误差函数,其值可以通过查表求得。误差函数具有如下性质
误差解(通解)-适用于扩散物质开始均匀分布在一个大范围的扩散问题,如金属的氧化、脱碳及化学热处理等扩散问题均可用误差解处理。
下面以钢的渗碳为例说明误差解的应用。
假定渗碳开始后表面奥氏体含碳量立即达到cS并保持恒定,工件心部始终为其原始成分c0,则
初始条件:
边界条件:
将边界条件带入误差解,并利用误差函数的性质,则得
上式描述了表层碳浓度与位置和时间的关系,并可进一步确定深层深度与时间的关系:
若规定某一浓度cm 对应的深度x为渗层深度,则
,即
常数,所以
式中k为常数。上式表明,渗层深度与时间成抛物线关系。




