浓度梯度对热迁移影响的优化研究

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：从动力学的观点来看，固溶体从均匀转变为不均匀的过程需要一个逆浓度梯度的上坡扩散，因此热迁移是逆浓度梯度的。值得注意的是，热迁移过程中，向热端扩散的元素既与温度梯度相反又与浓度梯度相反。与之对应，当建立起足够大的浓度梯度时，热迁移效应为零，即J＝0，那么浓度梯度将会是一个常数。当长度很长时，由于浓度梯度取决于均相固溶体的初始浓度，浓度梯度可能不会大到能够平衡热迁移的程度。

热迁移会导致均匀的单相固溶体变得不均匀。从动力学的观点来看，固溶体从均匀转变为不均匀的过程需要一个逆浓度梯度的上坡扩散，因此热迁移是逆浓度梯度的。值得注意的是，热迁移过程中，向热端扩散的元素既与温度梯度相反又与浓度梯度相反。因此在热迁移通量公式中需要加上反向通量，如下所示：

因为这是一个上坡扩散，故式（12.9）中的最后一项是正的。与之对应，当建立起足够大的浓度梯度时，热迁移效应为零，即J＝0，那么浓度梯度将会是一个常数。在这个稳态中，有

这在Shewmon所做的Fe-C系统热迁移试验中已经实现了，且碳是向热端扩散的。铁中的碳浓度梯度呈线性分布[1]。

平衡了热迁移的浓度梯度是可以测量的，Q在已知温度和温度梯度的情况下是可以被计算出来的。尽管在选择温度上有不确定性，但是由于ΔT/T的值非常小，因此这种不确定性是可以忽略的。(https://www.chuimin.cn)

然而尚不清楚式（12.10）是否任意成立。如果C、T、Q都是常数，那么ΔC、Δx、ΔT就都可以变化。这三个变量中必须确定其中两个，才能求出第三个。例如，如果给定试样两端的长度和温度差，由式（12.6）就可计算出ΔC。但是由于已经给定了初始的均匀浓度，因此ΔC的最大值必须在0到2C之间，因此尚不清楚式（12.10）是否任意成立。

稳态下的浓度梯度与样品的长度和初始均匀浓度有关。当长度很短时，会产生一个较大的浓度梯度，在冷端可能就会产生背应力，因此我们需要假设一个平衡态空位分布以抵消这个背应力。如果温差相同，样品越短，温度梯度越大。当长度很长时，由于浓度梯度取决于均相固溶体的初始浓度，浓度梯度可能不会大到能够平衡热迁移的程度。在相同温差下，样品长度越长，温度梯度越小。

浓度梯度对热迁移影响的优化研究

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