在一定的温度下,在晶格平衡位置上振动的原子,有的因能量较高可能离开原来的位置,发生原子的迁移。大量原子迁移则会引起物质的宏观流动,称为扩散。扩散是固体中物质传输的唯一方式。对原子迁移规律的了解是研究材料必不可少的。
扩散现象的本质是在扩散力的作用下,原子发生定向宏观的迁移。扩散力可以是浓度梯度也可以是电场梯度、应力场梯度等,总之扩散的结果是使体系的能量下降,使各种梯度减少,趋于均匀。
影响扩散的因素主要有温度,温度越高,扩散越快;晶体缺陷如界面、晶界位错容易扩散;不同致密度的晶体结构溶质原子扩散速度不一样,低致密度的晶体中溶质原子扩散快,各向异性也影响溶质原子扩散;在间隙固溶体中溶质原子扩散容易;扩散原子性质与基体金属性质差别越大,扩散越容易;一般溶质原子浓度越高,扩散越快;加入其它组元与溶质原子形成化合物阻碍其扩散。
如果把扩散系统看成是连续介质,从宏观上来研究扩散物质输送规律,那么这个规律就可以用扩散方程来描述。扩散方程是1855年由菲克(Fick)给出,也称为菲克定律,其具体内容是:扩散流量与浓度梯度呈线性关系。菲克定律是经验性的,并不需要从基本概念来推导,是纯唯象的。所谓唯象理论就是这种理论只是现象之间的联系,不涉及对象系统的原子作用过程细节。


一、菲克第一定律---稳态扩散
稳态扩散,是指在扩散系统中,任一体积元在任一时刻,单位面积上流入的物质量与流出的物质量相等,即任一点的浓度不随时间变化。
对一维稳态扩散来说:C=c(x),这个函数是不变的。
定义:扩散通量为单位时间通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质量。符号:J 。 单位:mol / m2 s 或 Kg / m2 s
菲克第一定理
c 是体积浓度,单位mol/m3 或Kg/m3;D是比例系数,称为扩散系数,单位:m2/s
在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度梯度成正比,也就是说,浓度梯度越大,扩散通量越大。
二、菲克第二定律—非稳态扩散 c=c(x,y,z,t)
如果在扩散系统内存在物质的源和阱,那么系统内就有物质的产生和湮灭。根据物质守恒原理,在一个体积元内△v 内,单位时间内流入这体积的物质与流出这体积的物质的差值就等于个体积单元在这一时间段的物质积聚或消失的速度。
如果在扩散系统内存在物质的源和阱,那么系统内就有物质的产生和湮灭。根据物质守恒原理,在一个体积元内△v 内,单位时间内流入这体积的物质与流出这体积的物质的差值就等于个体积单元在这一时间段的物质积聚或消失的速度。

