Диффузия. Дифузія. Дифузія фундаментальне явище природи. Воно лежить в основі перетворень речовини і енергії
 Скачать 1.22 Mb.
|
 Рисунок 1.4 − Точкові дефекти в кристалічній решітці: а) вакансія; б) міжвузлові атоми; в) домішковий атом. З плином часу надлишок вакансій понад рівноважної концентрації знищується на вільних поверхнях кристала, порах, межах зерен та інших дефектах решітки. Місця, де зникають вакансії, називаються стоками вакансій. Вакансії є найважливішою різновидом точкових дефектів; вони прискорюють всі процеси, пов'язані з переміщеннями атомів (дифузія, спікання порошків та інші). В іонних і ковалентних кристалах вакансії і інші точкові дефекти електрично активні і можуть бути як донорами, так і акцепторами. Це створює в кристалах переважання певного типу провідності. Всі види точкових дефектів спотворюють кристалічну решітку до певної міри, впливаючи на фізичні властивості. У технічно чистих металах точкові дефекти підвищують електроопір, а на механічні властивості майже не впливають. Лише при великих концентраціях дефектів в опромінених металах знижується пластичність і помітно змінюються інші властивості. Лінійні дефекти. Найважливіші види лінійних дефектів − крайові і гвинтові дислокації (рис. 1.5). Крайова дислокація в перерізі являє собою край «зайвої» напівплощини в решітці . Навколо дислокацій решітка пружно спотворена.  Рисунок 1.5 − Схематичне зображення лінійних дефектів: а) крайові; б) гвинтові. Щільність дислокацій − це сумарна довжина всіх ліній дислокацій в одиниці об'єму. У напівпровідникових кристалах вона дорівнює  - , у відпалених металів −  . При холодному пластичній деформації щільність дислокацій зростає до   . Спроби збільшити щільність понад швидко призводить до появи тріщин і руйнування металу. Дислокації виникають при кристалізації, щільність їх велика, тому вони значно впливають на властивості матеріалів. Дислокації поряд з іншими дефектами беруть участь в фазових перетвореннях. Уздовж дислокацій швидкість дифузії на кілька порядків вище, ніж крізь кристалічну решітку без дефектів. Дислокації служать місцем концентрації домішкових атомів, особливо домішок впровадження, так як це зменшує спотворення решітки. Домішкові атоми утворюють навколо дислокації зону підвищеної концентрації, що заважає руху дислокацій і зміцнює метал.Поверхневі дефекти. Найбільш важливими поверхневими дефектами є великокутові і малокутові границі, дефекти упаковки, границі двійників. Полікристалічний сплав містить величезну кількість дрібних зерен. У сусідніх зернах решітки орієнтовані по-різному (рис. 1.6), і межа між зернами являє собою перехідний шар товщиною 1 - 5 нм. У ньому порушена правильність розташування атомів, є скупчення дислокацій, підвищена концентрація домішок. Відповідні кристалографічні напрямки в сусідніх зернах утворюють кути в десятки градусів. Кожне зерно, в свою чергу, складається з субзерен (блоків). Субзерна являють собою частину кристала відносно правильної будови, а його межі стінки дислокацій, які поділяють зерно на окремі субзерна (див. Рис. 1.21, б). Кут між сусідніми субзернами невеликий (не більше 5 °), тому такі границі називаються малокутові. На малокутових межах також накопичуються домішки. Уздовж границь зерен і субзерен швидко протікає дифузія (у багато разів швидше, ніж крізь кристал), особливо при нагріванні. Взаємодія між дефектами, переміщення їх в кристалах, зміна концентрації дефектів впливає на властивості і має велике практичне значення.  Рисунок 1.6 − Схематичне зображення поверхневих дефектів: а) великокутова границя; б) малокутова границя. 2.2.3 Поняття твердого розчину. Термін «сплав» в даний час має більш широке значення, ніж під час його появи. Якщо раніше промислові матеріали, що містять кілька елементів, отримували переважно шляхом сплаву, то зараз для цього використовують різні технологічні способи: порошкову металургію (пресування твердих частинок і їх подальше спікання при високих температурах), дифузійний метод (проникнення однієї речовини в іншу тверду речовину при високих температурах), плазмового напилення, кристалізацію з парів в вакуумі, електроліз та інші. Переважне використання в промисловості знаходять сплави металів з металами або неметалами. У сплавах елементи можуть по різному взаємодіяти між собою, утворюючи різні за хімічним складом, типом зв'язку і будовою кристалічну фазу. Фазою називається однорідна, відокремлена поверхнею розділу частина металу або сплаву, що має однаковий склад, будову та властивості. Залежно від атомно-кристалічної структури розрізняють тверді розчини і проміжні фази. Твердими розчинами називаються кристали, в яких зберігається тип розчинника. В проміжних фазах утворюється новий тип кристалічної решітки, що відрізняється від решіток елементів, що його утворюють. Таким чином, крім класифікації кристалів за видами зв'язку використовують класифікацію за типами кристалічної решітки, яка дозволяє прогнозувати характер зміни властивостей сплаву в залежності від хімічного складу. Тверді розчини є кристалічними фазами змінного складу. Атоми розчиненого елемента |