Диффузия вакансионный механизм

В настоящее время можно считать установленным, что для металлов и сплавов замещения основным механизмом диффузии является вакансионный механизм, при котором находящиеся на узлах атомы в результате теплового возбуждения переходят в соседние вакантные узлы. [c.238]

Объемная диффузия в твердом теле протекает посредством миграции точечных дефектов [62]. Существование в теле разнотипных дефектов ведет к возникновению разных механизмов диффузии, которые схематически показаны на рис. 2.1. Диффузия протекает по вакансионному механизму (рис. 2.1,а), если атом, [c.50]

Верные обещанию рассказать о диффузии по возможности кратко, мы не будем доказывать реальность вакансионного механизма. Но просим поверить на слово существуют эксперименты, надежно демонстрирующие, что, как правило, вакансионный механизм диффузии доминирует в кристаллах. Именно поэтому открытые пами с помощью свободной энергии вакансии играют столь важную роль в жизни кристалла. [c.202]

Перейдем к Do- Для вакансионного механизма диффузии [c.100]

Если примесь диффундирует по вакансионному механизму, то D (оЛ/с, т. е. коэффициент диффузии определяется вероятностью того, что среди ближайших соседей атома находится вакансия (Л/ — равновесная доля вакансий), и частотой перескока атома в эту вакансию (ш). При теоретическом обсуждении вопроса о том, насколько отличаются эти величины для растворенного атома и растворителя и для различных растворенных атомов, обычно рассматриваются два эффекта фактор размера (разница атомных радиусов) и фактор валентности [65]. [c.108]

Вакансионный механизм образования пор должен действовать при высоких температурах, поскольку в этих условиях легко возникает избыточная концентрация вакансий и возможно образование поры в результате взаимной диффузии компонентов, протекающей с различной парциальной скоростью. Этот процесс наблюдается во многих случаях, в частности при удалении из сплава летучего компонента. В этом случае, согласно оценке [116], относительное пересыщение вакансиями может достичь Лс/со 10 —10 2. Ниже рассматривается вызванный сублимацией процесс порообразования в различных сплавах. [c.405]

Диффузионные напряжения связаны с возникновением локальных дилатаций атомного масштаба. При вакансионном механизме диффузии эти напряжения возникают вследствие наличия направленного потока [c.108]

Если бы диффузия происходила путем прямого взаимообмена местами пар соседних атомов, частота перескоков атомов 1 и 2 была бы тогда одинаковой и Dy был бы равен Z>2- Таким образом, различие коэффициентов и Z) 2 является очень сильным аргументом в пользу того, что диффузия осуществляется с помощью вакансионного механизма. По существу, проблема вакансионного механизма сводится к наличию результирующего потока вакансий, равного разности потоков /1 и /2- Это означает, что каждый перескок атома в данном направлении должен приводить к перескоку вакансии в противоположном направлении. Таким образом, если /д >> /2, то на стороне, богатой компонентом 2, должно происходить образование большого числа вакансий, которые перемещаются по направлению к стороне, богатой компонентом 1 (т. е. в направлении, противоположном /1), и там исчезают. Если уравнение (22) справедливо, то этот процесс образования и исчез- [c.148]

Если диффузия ионов Ре + происходит по вакансионному механизму, мы видим, что их коэффициент самодиффузии зависит от парциального давления кислорода [c.62]

Диффузия через вакансии (вакансионный механизм) (рис. 11.3,6). Обмен происходит между элементарной частицей решетки и вакансией. С энергетической и геометрической точек зрения этот механизм является, предпочтительным, потому что энергия активации затрачивается практически только на работу отрыва частиц. При этом не происходит искажения решетки, неизбежного прп прямом обмене. Следует учесть, что при температурах, отличных от О К, каждый кристалл содержит определенную равновесную концентрацию вакансий (см. 10.3.1). Такие процессы обмена происходят, однако, только в зонах атомного размера и не являются направленными. Этот вид хаотического движения только тогда превращается в направленное движение, когда появляется дополнительная движущая сила. При контакте двух различных кристаллов движущей силой служит разница в химических потенциалах. [c.242]

При вакансионном механизме диффузии вакансии перемещаются в направлениях, противоположных направлениям движения атомов. Если подвергать растяжению квадратное зерно со стороной L (рис. 117), то направление движения вакансий будет соответствовать направлению сплошных стрелок на рис. 117. [c.253]

Сущность вакансионного механизма диффузии в твердых растворах замещения состоит в обмене атомов диффундирующего элемента с вакансией в решетке растворителя, образовавшейся вследствие перемещения атома из узла ее в междуузлие. [c.54]

При диффузии по вакансионному механизму образовавшиеся при диссоциации атомы диффундирующего элемента адсорбируются поверхностью насыщаемого металла, занимая места вакансий. Диффузия адсорбированных атомов совершается в результате обмена мест атомов с вакансиями. С повышением температуры увеличиваются тепловые колебания атомов и растет число вакансий в решетке, что ускоряет процесс диффузии. [c.106]

Теории диффузии, рассматривающие атомную структуру тел (микроскопические теории), построены, исходя из допущения, что неравновесный процесс проходит через состояния, мало отличающиеся от конечного равновесного, или рассматривается как совокупность квазиравновесных состояний. Микроскопическая теория, базирующаяся на вакансионном механизме и механизме диффузии по междоузлиям, впервые была разработана Я. И. Френкелем. В общем случае, исходя из теплового движения атомов в твердом теле, она учитывает следующие виды движения [c.99]

Система уравнений (2.95) справедлива, если мы имеем дело с раствором замещения и диффузией по вакансионному механизму. Для растворов внедрения поток вакансий и градиенты химического потенциала имеют значение в том случае, если образуется достаточное количество комплексов внедренный атом — вакансия. Построение кинетической теории, которая наряду с рассмотренными включала бы комплексы высокого порядка, представляется очень сложной проблемой. [c.66]

Одним из проявлений случайного движения точечных дефектов является установление равновесного распределения вакансий по узлам кристаллической решетки. Вероятность пребывания вакансии в данном узле кристалла при равновесии — это величина, представляющая собой результат усреднения по траекториям дефектов, движущихся случайным образом. При вакансионном механизме коррелированность блужданий существенно сказывается иа величине среднего квадрата смещения меченого атома, что находит отражение в значении корреляционного множителя. А так как коэффициент диффузии пропорционален /, то указанный эффект заметно влияет и на него. Равновесное распределение вакансий около меченого атома есть результат усреднения по всей последовательности обменов вакансия — меченый атом. Причем в этой последовательности взаимодействие с данной вакансией учитывается до тех пор, пока ее траектория не попадет в область кристалла, где вакансии распределены случайно, т. е. их распределение не зависит от рассматриваемого меченого атома, или не достигнет стока тогда какая-нибудь другая вакансия придет ей на смену. Поскольку корреляционный множитель усредняет движение меченого атома по последовательности вакансионных обменов, его вычисление должно начинаться с первого обмена вакансии с меченым атомом. Кроме того, концентрация вакансий, которая используется, чтобы вычислить коэффициент диффузии, должна соответствовать концентрации иа узлах вблизи меченого атома при первом обмене его с вакансией, поскольку корреляционный множитель и среднее число прыжков учитывают [c.88]

Чтобы проиллюстрировать вышеописанный формализм на простом примере, рассмотрим диффузию меченых атомов примеси в ГЦК решетке, осуществляемую посредством вакансионного механизма. В дальнейшем придется обращать матрицы, связанные с переходами дефектов, но вычисления будут слишком громоздкими при обращении матрицы размерности большей, чем 3X3. Такой матрицы достаточно, чтобы включить три класса ближайших соседних узлов к меченому атому примеси, диффундирующему перпендикулярно к плоскости (100) в ГЦК решетке сплава. Последующая аппроксимация включала бы узлы, являющиеся вторыми ближайшими соседями к меченому атому, и это потребовало бы обращения матриц большей размерности. [c.93]

ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ НА ДИФФУЗИЮ ПРИ ВАКАНСИОННОМ МЕХАНИЗМЕ [c.105]

Вследствие соизмеримости атомных радиусов растворение одного металла в другом обычно приводит к образованию твердого раствора замещения. Следовательно, по крайней мере для плотноупакованных структур можио предположить преобладание вакансионного механизма при диффузии растворенного металла в металле-растворителе. В этом случае доля примесных атомов, содержащихся в междоузлиях основной решетки, пренебрежимо мала, и коэффициент диффузии примеси должен быть, вообще говоря, сравнимым с коэффициентом самодиффузии растворителя. [c.219]

На рис. 1.1, (5 показан основной вакансионный механизм диффузии в замещенном состоянии, когда атом растворенного вещества перемещается из одного узла решетки, в котором он замещает атом растворителя, в ближайший соседний узел. Этот механизм представляет собой диффузию по точечным дефектам в том смысле, что для его реализации необходимо наличие вакансии, т. е. вакантного места в решетке, по соседству с диффундирующим атомом. Таким образом, диффузия происходит путем взаимного обмена местоположениями между дефектом решетки и диффундирующим атомом. В условиях теплового равновесия даже в наилучших из выращиваемых кристаллов имеются равновесные почечные дефекты - вакансии или междоузельные атомы либо те и другие одновременно. [c.12]

Обычно предполагается, что самодиффузия в кремнии осуществляется посредством вакансионного механизма. Мы примем этот механизм для того, чтобы продемонстрировать основные принципы диффузии по точечным дефектам. Однако следует иметь в виду, что существуют указания на то, что и диффузия по междоузлиям с замещением играет значительную [c.16]

Первую тенденцию можно объяснить, исходя из чисто вакансионного механизма диффузии, возрастающим вкладом членов обусловленных 2 или 1 заряженными состояниями вакансий, поскольку, как можно видеть из (1.24), они имеют более [c.24]

В заключение можно сказать, что хотя вакансионный механизм и описывает некоторые главные особенности диффузионных процессов в кремнии, его явно недостаточно для построения количественной теории самодиффузии. Некоторая часть рассмотренных противоречий между теорией и экспериментами может быть отнесена на счет ошибочных значений параметров или неточных предположений, однако практически можно не сомневаться, что значительная их часть обусловлена игнорированием механизма междоузельной диффузии с замещением. [c.25]

Растворно-осадительный механизм роста, приводящий к необратимому увеличению объема вследствие развития диффузионной пористости, изучен применительно к графи-тизированным сплавам железа, никеля и кобальта. С углеродом указанные металлы образуют растворы внедрения и сильно различаются от него коэффициентами диффузии. Большое различие в диффузионной подвижности имеет место и в сплавах других металлов и неметаллов. Но при гермоциклировании этих сплавов, когда многократно повторяются процессы растворения и выделения избыточных фаз, накопление пор не обнаруживается. Число изученных систем невелико, но по крайней мере в микроструктуре термоциклиронанных твердых растворов на основе хрома и никеля, меди и титана, алюминия и меди, алюминия и кремния и некоторых других поры не выявлены. В указанных системах. компоненты образуют растворы замещения ч в них реализуется вакансионный механизм диффузии. [c.98]

В твердых растворах внедрения диффузия протекает по междоузлиям. Энергия активации этого процесса значительно меньше, чем для вакансионного механизма [для диффузии углерода в Y-железе 126 кдж1г-атом (30 ккал г-атом), а для легирующих элементов в у-железе 293 кдж г-атом ( 70 ккал1г-атом). Это объясняется тем, что хотя энергия искажения при переходе атома из узла в вакансию невелика (примерно такая же, как при переходе атома углерода из одного междоузлия в другое), однако число вакантных мест мало. [c.106]

Таким образом, имеется достаточно оснований полагать, что вакансионный механизм образования и роста пор является одним из основных при высокотемпературном разрушении металлических сплавов. Хотя теоретический анализ показывает [18], что для образования зародыша поры критического размера в чистом металле требуется очень большое пересыщение, коагуляция вакансий в действительности уже наблюдается при избытке, равном 1,05. Это объясняется гетерогенным характером образования пустот в процессе диффузии. Сложное влияние оказывают границы зерен, поскольку они могут служить как источником вакансий, так и местом их стока. Кроме того, на границах зерен обычно адсорбируются чужеродные атомы, влияющие на концентрацию вакансий и релаксацию их. Оценки и опыт показывают, что в определенных случаях (порообразование в латуни в условиях вакуума и растягивающих напряжений) процесс порообразования контролирует диффузия по границам зерен [392]. Как отмечали Крюссар и Фридель, потенциальный барьер, возникающий из-за отталкивания между вакансиями, находящимися на близком расстоянии (равном 2—3 межатомных), на границах зерен оказывается меньше или отсутствует вовсе из-за наличия разориентировки. Усиление роли границ зерен в порообразовании под влиянием напряжений связано, по-видимому, с тем, что при высоких температурах пластическая деформация локализуется по границам зерен, где и возникает избыточная концентрация вакансий. [c.411]

Таким образом, согласно атомному механизму Бардина - Херринга, эффект Киркендалла — это стремление системы установить равновесную концентрацию вакансий, отклонение от которой возникает из-за различия собственных коэффициентов диффузии компонентов. Эффект Киркендалла является экспериментальным подтверждением вакансионного механизма диффузии. Поток атомов цинка в сторону меди идет быстрее, чем меди в сторону латуни, и компенсируется потоками вакансий в сторону латуни. Вакансии увлекают с собой инертные метки. Эти метки непроницаемы для вакансионного потока, так как энергии образования и движения [c.153]

По циклическому механизму диффузионный перескок представляет собой совместное перемещение (циклическое вращение) группы атомов (например, четырех, рис. 2). Такое вращение не требует большой энергии. Этот механизм имеет место (в небольшогл числе случаев) у металлов с решеткой К12. Обменный механизм (рис. 2) является частным случаем циклического группа из двух атомов) и заключается в обмене соседних атомов. При диффузии по междоузлиям (рис. 2) атом может передвигаться скачком из одного положения в другое путем вытеснения соседнего атома из нормального положения в решетке в междоузлие или путем движения сжатых в некотором направлении атомов (краудионный механизм). Элементарный акт диффузии при вакансионном механизме осуществляется путем перемещения атома в соседнюю вакансию (рис. 2) и образования на старом месте новой вакансии и т. д. Таким образом, происходит непрерывная диффузия вакансий. [c.278]

В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия преимущественно осуществляется по вакансионному механизму. Убедительным под-тверждеижм вакансионного механизма диффузии является эффект Киркендалла,, который был обнаружен в опыте, описанном ниже. [c.278]

В зависимости от структуры соединения в нем могут осуществляться различные механизмы диффузии вакансионный, движение по междоузлиям, обмен соседних атомов местами, циклическое перемещение атомов. Величина потенциального барьера подсчитана, в частности, для процесса самодиффузии меди 17вак = = 260 кДж/моль, t/межд == ЮОО кДж/моль, /7обм = = 960 кДж/моль, t/цикл = 330 кДж/моль. Сравнение этих величин с экспериментальным значением энергии активации, полученным методом ЯМР и равным 200 кДж/моль, указывает на вакансионный механизм, как наиболее вероятный в г. ц. к. решетке меди. [c.197]

Вакансионный механизм диффузии в сплавах наглядно подтверждается следующим экспериментом (Киркендал). Стержни из меди и латуни (сплав меди и цинка) отполировывались с торцов, плотно соединялись и подвергались высокотемпературному отжигу. Через поверхность соприкосновения стержней навстречу друг другу устремлялись два диффузионных потока атомов меди в латунь и атомов цинка из латуни в медь. Скорость диффузии цннка из латуни в медь больше, чем меди в латунь. В результате в латуни появляется избыточное число вакансий, образующих поры, видимые как черные пятнышки на микрофотографии. Беспорядочно расположенные белые и темные области являются кристаллитами (зернами) соответствующих металлов. Границы между зернами представляют собой нарушенные области, содержащие большое количество пустот (вакансий и их скоплений). Поэтому скорость диффузии по гра- [c.126]

Зернограничный сегрегационный механизм влияния фосфора на радиационное охрупчивание стали наиболее вероятен и имеет наибольшее значение, согласно данным [ 231—233, 238,239], в интервале температур облучения 250—350°С. Это обусловлено тем, что при таких температурах, с одной стороны, уже в значительной степени отжигаются радиационные дефекты, способные поглощать большую часть примесных атомов, и роль границ зерен как стоков возрастает с другой сторонь , равновесная концентрация термических вакансий все еще значительно меньше концентрации вакансий, созданных облучением и имеющих достаточно высокую подвижность. Поэтому вклад радиационных вакансий в ускорение диффузии элементов замещения, диффундирующих по вакансионному механизму, может быть значительным. [c.185]

Из данных таблицы следует, что вакансионный механизм диффузии должен быть самым предпочтительным механизмом обмена местами. Экспериментально найденная энергия активацпи оказывается довольно близкой к этой величине. [c.243]

Б. И. Костецкий [22] отмечает, что при трении наиболее вероятными механизмами окисления являются вакансионный механизм диффузии кислорода в металл с образованием твердых растворов и эвтектик окислов интрузионно-экструзионный механизм затягивания кислорода по линиям скольжения. Увеличение скорости диффузии пропорционально мгновенной концен- [c.17]

Одна из причин вторичной пористости — выделение водорода из пересыщенного им твердого раствора, образовавш-егося при быстрой кристаллизации. Другой причиной может быть эффект Киркендалла — неравенство встречных диффузионных потоков атомов разных компонентов. При вакансионном механизме диффузии в тех участках твердого раствора, откуда уходят наиболее быстро диффунди.рующие атомы, появляются избыточные вакансии и возникает диффузионная пористость. [c.29]

Значение имеет также тип твердого раствора, образуемого компонентами сплава, что объясняется различием механизма диффузии в твердых растворах разного типа. В твердых растворах внедрения перемещение атомов диффундирующего элемента происходит в меж-дуузлия решетки. Наиболее изучен этот механизм диффузии для твердых растворов, образуемых С, N, О и Н с железом, никелем и кобальтом. Многие процессы, протекающие в стали в твердом o -i тоянии, такие как цементация, азотирование, цианирование и другие, обусловливаются диффузией атомов С и N по междуузлиям per шетки железа. В твердых растворах замещения механизмы перемещения диффундирующего элемента различны, однако наиболее вероятным является вакансионный механизм диффузии. В твердых растворах вычитания, перемещение атомов происходит в имеющиеся вакантные места решетки. Поэтому скорость диффузии в твердых растворах вычитания и внедрения выше, чем в твердых растворах замещения. [c.54]

Диффузия может осуществляться в том случае, когда диффундирующий элемент образует с основным металлом твердый раствор или химическое соединение. Наиболее вероятным следует считать механизм диффузии по вакансиям (вакансионный механизм) и по межузлиям (межузельный механизм). [c.105]

Коэфф. С. компонентов твердого или жидкого раствора, вообще говоря, различны. Это приводит к различию коэфф. диффузии компонентов и далее — при вакансионном механизме С. — к эффекту Киркендалла в твердой фазе (см. Диффузия) или к макроскопич. потоку жидкости в жидком растворе. [c.460]

Концентрация равновесных дефектов сильно зависит от температуры. Очевидно, что скорость диффузии по вакансионному механизму должна быть пропорциональна концентрации вакансий. Вакансионный механизм является доминирующим механизмом диффузии в металлах. На рис. 1.1, в показан еще один механизм диффузии - по междоузлиям с замещением, который также включает участие точечного дефекта, — на этот раз собственного атома решетки, находящегося в междоузлии. Как мы увидим далее, наличие этого механизма диффузии по междоузлиям с замещением (его не следует путать с диффузией по междоузлиям) наряду с вакансион-ным механизмом позволяет объяснить некоторые аномалии в явлениях диффузии легирующих примесей в кремнии. [c.12]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...