Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Hasonló dokumentumok
Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Diffúzió 2003 március 28

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Transzportfolyamatok. Alapfogalmak. Lokális mérlegegyenlet. Transzportfolyamatok 15/11/2015

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

Reális kristályok, kristályhibák

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

Transzportjelenségek

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

Szabadentalpia nyomásfüggése

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Fémek és ötvözetek termikus viselkedése

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Kémiai reakciók sebessége

Reakciókinetika és katalízis

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

TestLine - Fizika hőjelenségek Minta feladatsor

Reológia Mérési technikák

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Az atomok elrendeződése

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Szemcsehatárcsúszás és sebességérzékenységi tényező ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet plasztikus deformációjában. Visegrád 2011

5. Laboratóriumi gyakorlat

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

Elektromos vezetési tulajdonságok

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Általános Kémia, 2008 tavasz

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

Radioaktív nyomjelzés

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Transzportfolyamatok

Kúszás, szuperképlékenység

Kúszás, szuperképlékenység

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

Spontaneitás, entrópia

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Spontaneitás, entrópia

Szigetelők Félvezetők Vezetők

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

Dr. Kopecskó Katalin

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

Folyadékok és gázok mechanikája

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1997

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

5. előadás

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Termodinamika (Hőtan)

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Átírás:

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 5/6 Diffúzió Dr. Szabó Péter János szpj@eik.bme.hu Diffúzió Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd Diffúzió Diffúzió - transzportfolyamat (fonon, elektron, atom, ion, hőmennyiség...) Elektromos vezetés (Ohm) töltés áram elektr. potenciál grad. Hővezetés (Fourier) energia áram hőmérséklet különbség Kémiai reakció anyagátalakulás affinitás Diffúzió (Fick) anyag áram kémiai potenciál különbség Diffúzió sebessége: gáz folyadék szilárd (kötőerő)

Diffúzió szilárd állapotban. Öndiffúzió saját atomok vándorlása. Hajtóerő: a szilárdtestben lévő energiakülönbségek C A D B Megfigyelése: radioaktív tracer izotópokkal. Diffúzió szilárd állapotban. Koncentrációs diffúzió különböző atomok vándorlása. Hajtóerő: az anyagban lévő koncentráció-különbség. Koncentrációs diffúzió során a koncentráció-különbség: csökken (szokásos eset) növekszik (szegregáció) Koncentrációs diffúzió % Cu Ni % Koncentrációeloszlás Koncentrációeloszlás

. Interstíciós diffúzió A diffúzió kinetikája Az intersztíciós atom rácsközi pontokon keresztül mozog Interstíciós diffúzió aktiválási energiája Interstíciósan diffundáló atomok: H, O, N, C, B A diffúzió kinetikája. Vakancia-diffúzió idő szubsztitúciós idegen atomok mozgása atomok helycseréje üres rácshelyek (vakanciák) segítségével a folyamat sebessége az üres rácshelyek számától és az atomcsere aktiválási energiájától függ 3

Energia Vakancia-diffúzió aktiválási energiája = m + ü m - mozgási energia ü - üres rácshely képződésének energiája Aktiválási energia Pozíció A vakancia-diffúzió igazolása direkt helycsere kollektív mozgás helycsere vakanciával Cu A vakancia-diffúzió igazolása Saját atom < Szubsztitúciós ötvöző < Interstíciós ötvöző Kirkendall-Smigelskas - kísérlet / jelenség (határfelület eltolódása) Sárgaréz Cu - Zn Mo Cu Zn + vakancia Minden szubsztitúciós atom (Zn) visz magával egy vakanciát. vakancia-csatolt mehanizmust igazolja Szubsztitúciós ötvöző gyorsabban diffundál mint a saját atom, mert ott nem alakulnak ki oldott atom-vakancia párok. 4

A diffúzió leírása Az anyagáramlás sebessége (fluus): J A dm dt [kg/m s] vagy [atom/m s] A felület A diffúzió leírása Másrészt az anyagáramlás sebessége arányos a koncentráció gradiensével (iránymenti deriváltjával) Cu-fluus Ni-fluus Cu-koncentráció Ni-koncentráció Pozíció, J D gradc A diffúzió leírása Így tehát az anyagáramlás egy A keresztmetszetű felületen adott idő alatt arányos a koncentráció gradiensével: dm dt D A dc d FICK I. törvény (D a diffúziós tényező) 5

Időben állandósult diffúzió J bal J jobb J bal J jobb Mivel J D gradc, akkor ha J bal J jobb, akkor dc d bal dc d jobb vagyis a koncentráció-változás azonos az egész anyagban. Időben nem állandó diffúzió J az anyagon belül nem mérhető ritka a lineáris koncentrációeloszlás C C C C D D D t y y z z D C C C C Ha, akkor D C t y z dc d C Egy dimenzióban: D dt d FICK-II. törvény Fick-II. megoldásai. Végtelen féltér (ki nem merülő forrás) C C(, t) ( ) D t 6

Gauss-féle hibaintegrál Dt y ep y dy, y 4Dt y 3 4 5 6 7 8 9...3.6.338.45.564.676.789.9.3..5.36.348.459.569.68.79.9.9.8..7.335.443.55.657.763.869.974.379.383.3.386.3389.349.3593.3694.3794.3893.399.49.487.4.484.438.4475.4569.466.4755.4847.4937.57.57.5.55.59.5379.5465.5549.5633.576.5798.5879.5959.6.639.67.694.67.6346.64.6494.6566.6638.678.7.6778.6847.694.698.747.7.775.738.73.736.8.74.748.7538.7595.765.777.776.784.7867.798.9.7969.89.868.86.863.89.854.899.834.8385..847.8468.858.8548.8586.864.866.8698.8733.8768..88.8835.8868.89.893.896.899.9.948.976..93.99.955.98.95.99.95.975.997.939.3.934.936.938.94.949.9438.9456.9473.949.957.4.953.9538.9554.9569.9583.9597.96.964.9636.9649.5.966.9673.9684.9695.976.976.976.9736.9745.9755 y.6.7.8.9...3.4.5 (y).9763.9838.989.998.9953.997.998.9989.9993.9996 C, t Alkalmazás Tudjuk: a mintában mélységben C lesz a koncentráció t idő alatt, állandó hőmérsékleten. Kérdés: mennyi idő alatt lesz ugyanekkora a koncentráció mélységben, állandó hőmérsékleten? C, t C Dt C Dt Dt Dt t t 7

D, E* (m /s) Alkalmazás Vagyis a diffúzió négyzetgyökösen függ az időtől. 3 t 4t 9t t A diffúziós tényező hőmérsékletfüggése D D ep RT D : diffúziós állandó -4-6 -8 - - -4-6 -8 - - -4,5,,5 Hőmérséklet, /K Alkalmazás Tudjuk: a mintában mélységben C lesz a koncentráció t idő alatt, adott T hőmérsékleten. Kérdés: azonos idő alatt milyen hőmérsékleten jön létre ugyanekkora koncentráció mélységben? C C, t Dt C C, t Dt 8

De D e RT RT Alkalmazás t De D e RT RT ln ln t R T T Etrém erős hőmérséklet függés Zn diffundál Cu-be D = 8-5 m /s =,59 5 J/g atom (Behatolási mélység =, mm) (Koncentráció = %) T = 6 C Idő = h T = C Idő = 8 h (kb.. év) Etrém erős hőmérséklet függés = 46 kj/g atom R = 8,3 J/K mol A diffúziós folyamat sebességét kétszeresére akarjuk növelni. T =,5 T (5 % növekedés!!) 9

Fick-II. megoldásai. Vékonyréteg-modell (kimerülő forrás) C(, t) M Dt ep( ) 4Dt M=felületi sűrűség [g/cm ] 3. Kiválások oldódása Fick-II. megoldásai C(, t) C C e k Dt m cos k k A diffúziós állandót befolyásoló tényezők D (hőmérséklet, ötvöző típusa, kristályhibák, nyomás,...) E kt Makrofelület > Szemcse- / Fázishatár > Diszlokáció D D e Polikristály > Egykristály Saját atom < Szubsztitúciós ötvöző < Interstíciós ötvöző Vakancia mehanizmus Interstíciós mehanizmus

felületi Kristályhibák hatása térfogati szemcsehatármenti ln D felületi szemcsehatármenti térfogati /T Anyagszerkezet és diffúzió kapcsolata A diffúzió gyorsabb kisebb térkitöltésű szerkezeteknél kisebb olvadáspontú anyagnál másodlagos kötésű anyagnál kisebb diffundáló atomoknál kationoknál kisebb sűrűségű anyagnál polikristályos testben finomabb szemcséjű anyagban intersztíciós atomoknál A diffúzió lassúbb legsűrűbben rakott szerkezeteknél nagyobb olvadáspontú anyagnál kovalens kötésű anyagnál nagyobb diffundáló atomoknál anionoknál nagyobb sűrűségű anyagnál egykristályban durvább szemcséjű anyagban szubsztitúciós atomoknál 3 A diffúzió mechanizmusa a kristályban C a C B A. sík. sík A - felület B atomok tömege : aa aa m C, m C, K K atomok átlagos egyhelyben m m t m a dc dc J D, ha A K d d Γ ep ugrási gyakoriság RT a D ep K C aa, aa aa dc C C a K K d RT m tartozkodásának ideje D ep m C aa RT