偏析元素扩散能力越强

物理学咬文嚼字系列

htt p:ΠΠwww .wuli .ac .cn 　　　　　　　　　　　　　　　　　　物理?37卷(2008年)2期

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之八

扩散偏析费思量

曹则贤

(中国科学院物理研究所　北京　100080)

“学者须从最上乘,具正法眼悟第一义……”　　

———[宋]严羽《沧浪诗话》　　

　　扩散是一个非常常见的物理过程.将一滴牛奶

滴入咖啡,看牛奶慢慢散开,就是液体中的扩散过程.隔壁花园飘过来一缕花香,加热硼覆盖层使之进入硅材料以改变后者的电导率,凭借的则分别是气体和固体中的扩散过程.扩散这样的常见物理过程,自然很早就引起了科学家的注意.那么,科学家是如何描述扩散的呢?

翻开一般的大学物理教程,就会遇到描述扩散的所谓Fick 定律.Fick 是一位学识渊博的德国学者(见图1),他于1855年提出了所谓的Fick 第一定律:

J =-D C .

(1)

这个公式的意思是说,如果某个事物的空间分布是不均匀的,就会造成流动(再分配),而引起的物质流正比于该事物的梯度.梯度是物质流动的驱动力,当然其平衡态(驱动力为零)就是均匀分布的(见图2).这样,梯度成了梯度的消解者,有点像北岛的诗句“高尚是高尚者的墓志铭”的味道.实际上,提出这个所谓

钛合金钎缝中元素的扩散行为研究Ξ

郭万林　李天文

(北京航空材料研究院,北京100095)

摘　要:　采用钛基钎料钎焊T C4板材,在钎焊接头组织和力学性能分析的基础上,确定合理的工艺规范,并从理论上对T C4板材钎缝中元素扩散行为进行了分析,总结出了较为普遍的规律。

关键词:　钛合金　钎焊　扩散

中图分类号:14612+3　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7076(2001)05-0345-04

　　钛及其合金是一种重要的金属结构材料。由于其比强度高、中温性能好和良好的耐蚀性,被广泛应用在宇航工业中,成为宇航业中不可缺少的结构材料,对其连接方法的研究成为其应用发展的一个重要方面。本文针对TC4材料采用不同的钎焊工艺进行试验,借助于扫描电镜对不同钎焊工艺条件下的钎焊接头组织进行对比分析,找出理想的钎焊方法及工艺。并在试验分析的基础上,通过对元素扩散的计算与分析,找出对这种钛合金钎焊具有指导性的理论模型。

1　实验用材料及设备

基体材料为TC4板材,厚115mm;所用钎焊材料成分为T i222.5Cu212.5Zr29Ni及钎焊温度910～930℃。钎焊设备用ZKH21型真空扩散焊炉;组织分析设备用J E O L J K S25600LV扫描电子显微镜

低放射性Fe_Cr_Mn_W_V_奥氏体钢抗辐照损伤特性研究

第

卷

第年

期月

今扁学玻

一

卜

合金焊接热影响区的辐照损伤及诱发的晶界元素偏析,

胡本芙北京科技大学材料科学与工程学院,

木下博嗣北京

高桥平七郎,

北海道大学新能源工学研究中心

札幌

,

日本

摘

要

采用电子束辐照研究裂变

一

聚变混合反应堆预选结构材料

℃

一,

,

合金的焊接热影响区,

组织损伤

,

测定损伤组织和晶界处的合金元素浓度变化出然而在高温下和,

实验结果表明

低温下剂量达,

合金奥氏体组织稳定其次,

未发现空洞形成和第二相析晶界附近大尺寸溶质原子

剂量达,,

就明显出现低密度微小空洞,

并出现晶界移动现象

在低温下

,

贫化

,

而小尺寸原子

等富集

在高温下

,

小尺寸溶质原子在晶界处的浓度变化规律难以用原子尺寸效应解释

并

讨论了出现这些现象的原因及理论依据

关祖词

辐照损伤

,

晶界

,

偏析

,

热影响区

中图法分类号

文献标识码

文章编号

一

一

一

,

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,

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,

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一

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一

饰。三

,

,

,

。

一,,

一

,

,

核裂变,

一

聚变混合反应堆采用金属结构材料不可避免,

,

其组织损伤变化和行为直接影响着反应堆寿命究焊接热影响区,

,

因此研

,

地要施行焊接组合而且在运行中一旦反应堆发生材料方面事故和破损常要采用焊接修

放射气体模型的预估模型

摘要

本文是以日本福岛核电站遭遇自然灾害发生核泄漏的背景而提出的。且结合了高斯烟羽模型、线性拟合，以及微分方程模型，运用MATLAB软件，分析泄漏源强度、风速、大气稳定度参数等因素对放射性气体扩散的影响，预测了放射性气体浓度在不同时间，不同地区的浓度变化，并且本文模型中数据可以根据不同的实际情况而加以改变，因而是本文的应用范围大大增加，可以适用于具有较强的应用型。

对于问题一，讨论在无风的情况下，放射性气体以s m/s的匀速在大气中向四周扩散。本问中由于不考虑风力的影响，且扩散出来的气体匀速向四周散开，这样经过任意时刻t，扩散的气体围成一个半径为st的球，且距球心位置不同的地方浓度值不同。采用列数列的表现方法，设定相同时间段t，把条件进行整理，并经过简单计算得出每段时间所预测得到的扩散距离r和浓度C。利用MATLAB软件对数据进行线性拟合，采用微分方程模型得到核电站周边放射性气体在不同地区，不同时间段的浓度变化，得出随着离泄漏源距离的延伸，最后放射性物质的浓度越来越小，趋近于零，即当x趋向无穷时，C(x,y,z,t)趋向于零；当时间趋向于无穷时，C(x,y,z,t)也趋于无穷。

对于问题二，要探究风速对放射性物质

放射气体模型的预估模型

摘要

本文是以日本福岛核电站遭遇自然灾害发生核泄漏的背景而提出的。且结合了高斯烟羽模型、线性拟合，以及微分方程模型，运用MATLAB软件，分析泄漏源强度、风速、大气稳定度参数等因素对放射性气体扩散的影响，预测了放射性气体浓度在不同时间，不同地区的浓度变化，并且本文模型中数据可以根据不同的实际情况而加以改变，因而是本文的应用范围大大增加，可以适用于具有较强的应用型。

对于问题一，讨论在无风的情况下，放射性气体以s m/s的匀速在大气中向四周扩散。本问中由于不考虑风力的影响，且扩散出来的气体匀速向四周散开，这样经过任意时刻t，扩散的气体围成一个半径为st的球，且距球心位置不同的地方浓度值不同。采用列数列的表现方法，设定相同时间段t，把条件进行整理，并经过简单计算得出每段时间所预测得到的扩散距离r和浓度C。利用MATLAB软件对数据进行线性拟合，采用微分方程模型得到核电站周边放射性气体在不同地区，不同时间段的浓度变化，得出随着离泄漏源距离的延伸，最后放射性物质的浓度越来越小，趋近于零，即当x趋向无穷时，C(x,y,z,t)趋向于零；当时间趋向于无穷时，C(x,y,z,t)也趋于无穷。

对于问题二，要探究风速对放射性物质

载流子的扩散运动

2010-03-09 09:19:17| 分类： 微电子物理 | 标签： |字号大中小 订阅

(什么是扩散系数？什么是扩散长度？) 作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)

扩散是粒子在混乱热运动（布朗运动）基础之上的、在浓度梯度驱动之下的一种定向运动。半导体中载流子的扩散与原子的扩散不同；少数载流子与多数载流子的扩散也不相同。

（1）载流子扩散与原子扩散的区别： 半导体中载流子的扩散与原子的扩散，都是依靠浓度梯度所产生的一种定向运动；扩散流密度与浓度梯度成正比，其比例系数就是扩散系数（表征着扩散的快慢，单位是cm2/s）。但是载流子扩散与原子扩散的机理不同。

载流子扩散是在不断遭受散射的情况下所产生的定向运动；而原子扩散是在晶体热缺陷的帮助下所产生的定向运动。一般来说，温度越高，载流子遭受晶格振动的散射就越厉害，则扩散越慢；只有在低温下，晶格振动散射不大时，扩散才是随着温度的升高而加快（因为载流子的动能增加所致）。

而对于原子的扩散，温度越高，晶体热缺陷就越多（有指数关系），则扩散就越快；在低温下，几乎不产生热缺陷，则扩散也就慢得几乎无法进行。在热扩散技术中，就是通过高温来进行掺杂的（掺入施主或者受主杂质

7.2.2扩散系数

费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。 一、气体中的扩散系数

气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为10m/s。通常对于二元气体Ａ、B的相互扩散，Ａ在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即DAB?DBA?D。

表７－１给出了某些二元气体在常压下（1.013?10Pa）的扩散系数。

对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式：

5?520.0101T1.75D?11?MAMB （７－１９）

P[(?vA)1/3?(?vB)1/3]22式中，D－Ａ、B二元气体的扩散系数，m/s；

P－气体的总压，Pa； T－气体的温度，Ｋ；

MA、MB－组分Ａ、B的摩尔质量，kg/kmol；

、－组分Ａ、B分子扩散体积，cm/mol。

一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。 系统 H2－空气 He－空气 O2－空气 Cl2－空气 H2O－空气 NH3－空气 CO2－空气 SO2－空气 5表7－１ 某些二元气

扩散模拟软件 DICTRA

DICTRA 是一个专门用于模拟多元合金扩散型相变的通用软件包。 DICTRA 软件建立在对多组元扩散方程数值求解的基础上，其与 Thermo-Calc 软件配合使用， Thermo-Calc 用来处理必要的热力学计算。扩散模拟是基于储存于数据库内的已经评估的热 / 动力学数据数据。利用必要的热 / 动力学数据， DICTRA 可同时模拟包含 10 种元素以上合金的扩散过程。在开发 DICTRA 过程中，重点放在把基本算法与关键的热 / 动力学数据联系起来，从而使计算模拟更能接近于真实条件而发挥模拟的重要作用。 扩散模拟可应用于一维空间和三种不同的几何形状：圆柱，球形和平面， 利用这些条件可以模拟许多您感兴趣的扩散现象。例如，圆柱几何模型可以用于模拟管道中的扩散以及杆状析出物的溶解。

灵活方便的 、 带有强大专用模块的用户界面 DICTRA 开发了许多专业模块来完成 一些特殊的 功能，如数据读取、计算、后处理等。 用户界面包括 一个 可键入命 令的命令行界面 ，其中 所有命令都可采用缩写形式键入。使用宏文件可以保存复杂的 输入 命令序列， 该宏文件可以修 改、保存并 重复 使用 。 应用实例 ：

合金均匀化

Centrotherm扩散炉培训

培训内容

开机操作 生产操作 关机操作 维护保养 生产提示

开机操作(一)1、打开气柜压缩空 气的手动阀并调节 调压阀使其压力在 6Bar左右。 2、打开气柜氮气和 氧气手动阀，并调 节调压阀使其压力 在2Bar左右。

开机操作(二)3、打开电气柜上的 “Main Switch”在 “ON”位置，设备 上电；CMI电脑自 动启动。 4、打开设备冷却水， 先开出水阀，再开 进水阀。检查水压 在3-6kg /cm2 范围 内。

开机操作(三)5、输入XP操作系统用户“Operator”密码“6065”, 进入CMI计算机的XP系统，自动启动CMI软件。 6、检查并打开气柜上1-4管“CESAR”的开关，启 动“CESAR”系统。

开机操作(四)7、 设定各管“Paddle”温度为默认值，按下： “Manual/T_Paddle/All/Setpoint/Default” 。 8、设定升温速度为5℃/min,按下： “Manual/T_Paddle/All/RampPos”,输入“5”,并按确认键 “ENTER”。

开机操作(五)9、当温度到达500℃ 时，用手推动炉门 的气缸，使炉门关 闭。 10、顺时针打开TGA 上部调压

7.2.2扩散系数

费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。 一、气体中的扩散系数

气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为10m/s。通常对于二元气体Ａ、B的相互扩散，Ａ在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即DAB?DBA?D。

表７－１给出了某些二元气体在常压下（1.013?10Pa）的扩散系数。

对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式：

5?520.0101T1.75D?11?MAMB （７－１９）

P[(?vA)1/3?(?vB)1/3]22式中，D－Ａ、B二元气体的扩散系数，m/s；

P－气体的总压，Pa； T－气体的温度，Ｋ；

MA、MB－组分Ａ、B的摩尔质量，kg/kmol；

、－组分Ａ、B分子扩散体积，cm/mol。

一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。 系统 H2－空气 He－空气 O2－空气 Cl2－空气 H2O－空气 NH3－空气 CO2－空气 SO2－空气 5表7－１ 某些二元气