tailieunhanh - Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 8 – TS. Lê Văn Thăng

Bài giảng “Cơ sở khoa học vật liệu – Chương 8: Quá trình khuếch tán” cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu, cơ chế khuếch tán, khuếch tán ở trạng thái ổn định, các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán. nội dung chi tiết. | CHƯƠNG 8 QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN 1 Giới thiệu • Nhiều phản ứng và quá trình quan trọng trong xử lý vật liệu dựa vào việc truyền khối trong lòng một chất rắn hoặc từ một pha lỏng, khí, hoặc rắn đến một pha khác. • Quá trình truyền khối này được thực hiện bằng khuếch tán, một hiện tượng truyền vật liệu do sự chuyển động của các nguyên tử. • Hiện tượng khuếch tán có thể được minh họa bằng cách sử dụng một cặp khuếch tán, tạo thành bằng cách ghép sát vào nhau bề mặt của hai miếng kim loại khác nhau (ví dụ Cu và Ni). • Cặp kim loại này được gia nhiệt ở nhiệt độ cao (nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của hai kim loại) trong một thời gian rồi làm nguội về nhiệt độ phòng • Phân tích hóa học cho thấy các kim loại nguyên chất Cu, Ni nằm ở hai đầu và cách nhau bởi một vùng hợp kim Cu-Ni. 2 • Kết quả này cho thấy các nguyên tử Cu đã khuếch tán vào trong Ni và ngược lại. 3 • Quá trình mà các nguyên tử của kim loại này khuếch tán vào kim loại kia được gọi là nội khuếch tán (interdiffusion) hoặc khuếch tán tạp chất (impurity diffusion). • Khuếch tán cũng xảy ra trong kim loại nguyên chất, khi đó các nguyên tử cùng loại trao đổi vị trí cho nhau gọi là tự khuếch tán (self-diffusion). Cơ chế khuếch tán • Các nguyên tử trong chất rắn thường xuyên chuyển động và vị trí của chúng thay đổi nhanh chóng. • Để nguyên tử có thể chuyển động như vậy, cần phải có hai điều kiện: phải có vị trí trống ở lân cận nguyên tử phải có đủ năng lượng để bẻ gảy liên kết với các nguyên tử xung quanh và gây ra biến dạng mạng tinh thể trong quá trình di chuyển. Năng lượng này năng lượng dao động của các nguyên tử. • Ở một nhiệt độ xác định chỉ có một phần trong tổng số nguyên tử có đủ năng lượng để di chuyển, • Nhiệt độ càng cao, phần nguyên tử có khả năng di chuyển càng lớn. 4 • Có nhiều cơ chế khuếch tán được đề nghị, nhưng có hai cơ chế khuếch tán trong kim loại được thừa nhận là khuếch tán theo cơ chế nút trống và nguyên tử xen kẽ. Cơ chế khuếch tán theo nút trống • Nguyên tử từ