Диффузия. Дифузія. Дифузія фундаментальне явище природи. Воно лежить в основі перетворень речовини і енергії
 Скачать 1.22 Mb.
|
  =  ;t = 0:   ; − сила, що приводить до перерозподілу концентрації елементів. 2.4.3 Оцінка коефіцієнта дифузії. Коефіцієнт дифузії. Коефіцієнт дифузії визначає щільність атомів речовини при заданому градієнті концентрації. Так як дифузійний потік йде в напрямку вирівнювання перепаду концентрації, то коефіцієнт D є мірою швидкості, з якою система здатна при заданих умовах вирівняти різницю концентрацій. Ця швидкість залежить тільки від рухливості дифундуючих атомів в кристалічній решітці. Згідно кінетичної теорії газів коефіцієнт дифузії визначається формулою:  де v середня швидкість хаотичного руху молекул, м/с; l/3 - довжина вільного пробігу (середня довжина шляху, що проходить молекула між двома найближчими зіткненнями). Для дифузійних процесів в кристалах вираз може бути модифіковано таким чином. При будь-якому механізмі дифузії атоми переміщаються не стільки завгодно далеко, а тільки на одну міжатомну відстань, переходячи в сусідню потенційну яму. Крім того, процес переміщення атомів протікає в часі не безупинно, а дискретно, при цьому частота стрибків визначається виразами (3.68) і (3.69). Тоді, враховуючи, що l = а, де а − міжатомних відстань, м; і, де − середній час знаходження атома в положенні рівноваги, яке визначається з виразу:  де  ,отримаємо: Замість числового коефіцієнта 1/3 в рівняння входить множник , величина якого залежить від геометрії кристалічної решітки і конкретного механізму дифузії, оскільки і те й інше вносить певну впорядкованість в переміщення атомів. Отримуємо остаточно:  звідки випливає, що коефіцієнт дифузії істотно зави-сит від температури. Чим вище температура, тим більше енергія атомів і їх швидкість переміщення через кристалічну решітку. Цей вираз можна також представити в вигляді:  ,Де  - постійна, що залежить від геометрії елементарної комірки кристала, по постійному значенню решітки і конкретного механізму дифузії, тобтоуявний коефіцієнт дифузії при  , який не залежить від температури і визначається експериментально;  - енергія активації дифузії. З виразу випливає, що коефіцієнт дифузії експоненціально залежить від температури: при її зміні на кілька градусів коефіцієнт дифузії може змінюватися вдвічі.3 ЗАСТОСУВАННЯ ЯВИЩА ДИФУЗІЇ. 3.1 Дифузія в природному середовищі. Дифузія грає дуже велику роль в житті людини, без цього явища життя на Землі була б неможлива. Людина використовує це явища кожного дня в побуті, науці, виробництві. Наприклад, для збільшення залізним і сталевим деталям твердості їх поверхні піддають дифузному насиченню вуглецем (цементація). Природний горючий газ, яким ми користуємося вдома, не має не кольору ні запаху, а отже при витоку помітити його неможливо, тому на розподільних станціях газ змішують з особливою речовиною, що володіє різким, неприємним запахом, який легко відчувається людиною навіть при малій концентрації. На цукрових заводах при добуванні цукру з буряка. Для зварювання матеріалів. Для дублення шкіри і хутра. Для фарбування волокон тканини. 3.2 Застосування дифузії в технологіях Завдяки дифузії в виробництві з’явились нові метали, цементація, азотування, цинкування та інші. До числа процесів, зворотних у напрямку дифузії, належать зневуглецювання сталей, випаровування цинку з латуні. Процеси спікання порошків (металокераміка, зокрема отримання надтвердих сплавів), зварювання і спайка різних матеріалів і багато інших процесів також в тій чи іншій мірі пов'язані з дифузією |