Диффузия. Дифузія. Дифузія фундаментальне явище природи. Воно лежить в основі перетворень речовини і енергії
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
θк. Впорядкування відбувається зазвичай тільки при повільному охолодженні твердого розчину з температурної області вище θк. Утворення твердих розчинів завжди супроводжується збільшенням електричного опору і зменшенням температурного коефіцієнта електричного опору; тверді розчини зазвичай менш пластичні (винятком є тверді розчини на основі міді) і завжди більш тверді і міцні, ніж чисті метали.  Рисунок 1.8 − Кристалічна решітка сплаву золота і міді: а) невпорядкований розчин (Au  ); б) впорядкований розчин (Au);в) впорядкований розчин (AuCu); 2.3 МЕХАНІЗМИ ДИФУЗІЇ 2.3.1 Різновиди механізмів дифузії. Теоретично в реальних кристалах можливі три основні механізми дифузії: взаємний обмін місцями (обмінний), міжвузля, та по вакансіях. Процес переміщення міжвузля (переміщення в точку, де була вакансія) або обмінятися місцями з сусідніми атомами (одним або декількома), та процес подолання енергетичного бар’єру (сил взаємодії з сусідніми атомами) називаються загальним терміном «процеси обміну місць». Обмін місць атомами однорідного речовини називається процесом самодифузія і призводить до вирівнювання концентрацій атомів і дефектів в обсязі. Обмін місць атомами різних речовин називається процесом гетеродіфузія і відбувається лише в тих випадках, коли речовини здатні до утворення твердих розчинів. В реальних кристалах, також існують три основні механізми дифузії: взаємний обмін місцями (обмінний), міжвузля, та по вакансіях. До систем з повною взаємною розчинністю компонентів у твердій фазі відносяться безперервні тверді розчини (розчини заміщення), (Рис. 2.1) які утворюються шляхом заміщення атомів одного з компонентів у вузлах кристалічної решітки атомами другого компонента Системи з обмеженою розчинністю компонентів поділяються на тверді розчини заміщення і впровадження. До систем з повною нерозчинністю компонентів відносяться механічні суміші. Процес обміну місць в ході гетеродифузії найпростіше уявити в твердих розчинах впровадження, де атоми домішки, що містяться зазвичай в зайвій кількості, переміщаються по міжвузля решітки, у вузлах якої розташовані атоми основного металу.  Рисунок 2.1 − Процес обміну місць а) в твердих розчинах заміщення; б) в твердих розчинах впровадження Значно складніше уявити собі механізм обміну місць в твердих розчинах заміщення. Якщо припустити, що всі вузли решітки зайняті, то залишається тільки можливість одночасного обміну місць між двома сусідніми атомами (рис. 2.1, а). Однак одночасний обмін місцями двох сусідніх атомів вимагає одночасного отримання кожним з них необхідної кількості енергії, що малоймовірно для хаотичних випадкових процесів. Імовірність такої події W1-2 для незалежних процесів дорівнює добутку ймовірностей активацій для кожного з сусідніх атомів 1 і 2, тобто:  ; (1)де Еа – це енергія активації переходу, Дж; Т – температура, К; і, j – номери атомів. Наявність вакансій в структурі сітки створює новий механізм почергового заміщення для процесів самодифузії і гетеродифузії (Рис. 2.2). Використовуючи поняття, відомі раніше з курсів термодинаміки і статистичної фізики, спробуємо отримати кількісні співвідношення, що зв'язують інтенсивність процесу дифузії по вакансіях (дефекти Шотткі) з температурою системи. Дефекти Шотткі (від імені німецького фізика Вальтера Шотткі) утворюються, коли активізовані атоми переміщаються на поверхню або границю кристала, а залишаються лише поодинокі вакансії.  Рисунок 2.2 − Переміщення вакансій а) на границі кристалу; б) в міжвузлі. Нехай |