بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
علم مواد
بسمه تعالی
اسلاید 2 :
فهرست مطالب
مقدمه ایی بر علم مواد، ساختار اتمی و پیوندهای اتمی
انجماد فلزات و عیوب در ساختار کریستالی مواد
نفوذ در جامدات
ساختار کریستالی مواد
فهرست مطالب
خواص مکانیکی مواد
اسلاید 3 :
در این فصل به موارد زیر خواهیم پرداخت:
مکانیزمهای نفوذ؟
تفاوت بین نفوذ پایا و ناپایا؟
رابطه بین نفوذ اتمها و فاکتورهای موثر بر آن؟
عیوب کریستالی مواد
اسلاید 4 :
در شروع
بعد از گذشت زمان
نفوذ در آلیاژها Inter-diffusion : در آلیاژها اتمها تمایل دارند از محلهای با غلظت بیشتر به غلظت کمتر حرکت کنند
پدیده نفوذ
غلظت
اسلاید 5 :
نفوذ در عناصر خالص Self-diffusion : در عناصر خالص نیز اتمها تمایل دارند از محلی به محل دیگر حرکت کنند.
پدیده نفوذ
در شروع
بعد از گذشت زمان
اسلاید 6 :
نفوذ جاخالی یا نفوذ جانشینی: Vacancy or Substitutional diffusion
ناخالصیهای جانشینی و اتمهای ماده خالص با این مکانیزم جابجا می شوند
نرخ نفوذ به:
تعداد عیوب جاخالی
انرژی فعالسازی برای جابجایی
مکانیزم های نفوذ
اسلاید 7 :
مکانیزم نفوذ بین نشینی: Interstitial diffusion
برای اتمهای ناخالصی در محلول بین نشینی مانند کربن، هیدروژن و نیتروژن اتفاق می افتد
اتمهای ناخالصی از یک محل بین نشینی به محل بین نشینی خالی در همسایگی حرکت می کنند
مکانیزم های نفوذ
اسلاید 8 :
سختی پوسته ایی:
با نفوذ دادن اتمها در فولاد کم کربن
که این یک مکانیزم نفوذ بین نشینی است
سطح فولاد پرکربن و مغز فولاد کم کربن می شود
تولید قطعات با سطح سخت و مغز نرم امکان پذیر می شود
استفاده در تولید چرخدنده ها
استفاده از نفوذ در تولید
اسلاید 9 :
آمیختن سیلیکون نوع P در نیمه هادی های نوع N
فرایند:
جایگذاری لایه P بر روی نیمه هادی
گرم کردن
نتیجه: ایجاد ناحیه ایی تلغیظ شده با نیمه هادی نوع P
استفاده از نفوذ در تولید
1. Deposit P rich
layers on surface.
2. Heat it.
3. Result: Doped
semiconductor
regions.
اسلاید 10 :
شار نفوذ برای
عیوب جاخالی
اتمهای شبکه
و اتمهای ناخالصی اندازه گیری می شود
شار نفوذ
اسلاید 11 :
گرادیان غلظت
پروفیل غلظت
غلظت ذرات نفوذ کننده
اسلاید 12 :
اگر شار عبوری نسبت به زمان ثابت باشد نفوذ پایا خواهد بود.
قانون اول فیک:
: نفوذ پایا Fick’s first lawقانون اول فیک
ضریب نفوذ
اسلاید 13 :
نفوذ در شرایط پایا
اسلاید 14 :
یک طرف از صفحه ای فولادی مطابق شکل در اتمسفر پرکربن و طرف دیگر آن در اتمسفر کم کربن در دمای 700 درجه سانتیگراد قرار دارد. اگر شرایط پایا باشد میزان شار نفوذی کربن به فولاد را حساب کنید.
مثال
اتمسفر پر کربن
اتمسفر کم کربن
5 mm
10 mm
C=1.2 kg/m3
D=3x10-11 m2/s
C=0.8 kg/m3
اسلاید 15 :
رابطه بین غلظت، زمان و مکان در پدیده های نفوذ ناپایا طبق قانون دوم فیک با معادله دیفرانسیل زیر مشخص می شود که در آن C(x,t) تابعی از زمان و مکان است.
شرایط اولیه و شرایط مرزی حاکم بر مسئله، بصورت زیر در نظر گرفته می شوند
Non-steady state diffusionنفوذ ناپایا:
اسلاید 16 :
جواب معادله دیفرانسیل بالا و با توجه شرایط اولیه و مرزی داده شده بصورت زیر خواهد بود
که در آن تابع erf بصورت زیر تعریف می شود
مقادیر تابع erf در جدول 5.1 کتاب آمده است.
Non-steady state diffusionنفوذ ناپایا:
اسلاید 17 :
Non-steady state diffusionنفوذ ناپایا:
غلظت ذرات نفوذ کننده
اسلاید 18 :
ضریب نفوذ مس در آلومینیم در دمای 500 و 600 درجه سانتیگراد به ترتیب برابر و است. اگر برای نفوذ غلظت مشخصی از مس در یک میله آلومینیمی در دمای 600 درجه مدت زمان 10 ساعت لازم باشد در صورت تکرار آزمایش در دمای 500 درجه مدت زمان لازم برای تکمیل پدیده نفوذ چقدر خواهد بود؟
مثال
اسلاید 19 :
با توجه به معادله روبرو که مقدار ضریب نفوذ از آن بدست می آید و مشخص کننده نفوذ پذیری اتمهاست فاکتورهای موثر بر نفوذ
دما
اتمهای نفوذ کننده و اتمهای شبکه میزبان
خواهند بود
فاکتورهای موثر بر نفوذ
ضریب مستقل از دما
انرژی فعالسازی
ضریب ثابت گازها
دمای مطلق
اسلاید 20 :
اثر دما بر ضریب نفوذ
