Диффузия вакансионный

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]

Длина скачка s зависит от геометрии кристалла и выражается, через периоды решетки. Число перескоков при вакансионной диффузии определяется концентрацией вакансий или дефектов в кри- сталле и зависит от температуры по экспоненциальному закону [c.51]

Сторонние проникающие частицы и образованные ими каскады, кроме того, создают локальную ионизацию, что влияет на те процессы в изоляторах и проводниках, которые зависят от зарядового состояния — отжиг, диффузию, образование вакансионных кластеров и центров окраски. Следовательно, для того чтобы успешно проводить исследования изменений свойств реакторных материалов под облучением и находить пути к минимизации этих изменений, прежде всего необходимо знать, как тяжелая частица отдает свою энергию, двигаясь в веществе. В частности, нужно обладать теоретическими и экспериментальными методами определения распределения пробегов проникающих ионов и энергии, вложенной в движение атомов материала — мишени, поскольку именно этими величинами определяется концентрационный профиль точечных дефектов. Мы остановимся здесь на кинетическом подходе к описанию каскадов [25—30], в основу которого положены методы, развитые в теории переноса нейтронов, поскольку, во-первых, с помощью этого подхода в настоящее время разработаны программы расчета с необходимой (10—15%) точностью концентрационных профилей радиационных повреждений [31, 32) и, во-вторых, он далеко не исчерпал себя как в смысле повышения точности, так и в смысле увеличения композиционной сложности материалов, доступных исследованию. Дополненный расчетами спектров ПВА, образованных различными [c.46]

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]

Рис. 34. Схемы механизмов протекания диффузии а — межузельный б — вакансионный в — обменный г — циклический

Вакансионный (диффузия по вакансиям), когда блуждание совершается в результате обмена мест атома с вакансией. [c.92]

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]

Так, на рис. 6.3 представлены возможные механизмы диффузии в твердых растворах замещения. Из геометрических соображений очевидно, что наиболее затруднительным является простой обменный механизм диффузии, а наиболее вероятным — вакансионный. [c.151]

Доказано, что основным механизмом самодиффузии и диффузии в твердых растворах замещения является вакансионный. В твердых растворах внедрения основным механизмом перемещения примесных атомов небольшого размера является межузельный. [c.152]

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]

Естественно, что концентрация вакансий изменяется при деформации, поэтому при анализе характера перераспределения атомов необходимо учитывать также появление дополнительных стоков для вакансий (дислокации, захлопнувшиеся вакансионные диски и т. д.), которые могут значительно влиять на кинетику диффузионных процессов. Последнее особенно важно, когда легирующие элементы существенно отличаются по химическим свойствам (например, А1 и Мп), по энергии активации диффузии при этом деформирование происходит в поверхностно-активной среде. С этих позиций понятна чувствительность диффузионного перераспределения алюминия и марганца в сплаве Си — Л1 — Мп к условиям деформации сопряженным телом (влияние состояния контртела). [c.200]

При ТЦО принципиально возможно создание условий для повышения концентрации вакансий за счет образования неравновесных вакансий. Однако оценка времени релаксации вакансий показала, что при высокотемпературной ТЦО роль неравновесных вакансий в диффузии пренебрежимо мала. Но она может значительно возрасти при низкотемпературном термоциклировании, например, алюминиевых сплавов в области температур старения. Повышение концентрации неравновесных вакансий в этом диапазоне температур может быть достигнуто с помощью быстрого охлаждения. Но при оценке роли неравновесных вакансий в диффузионных процессах следует иметь в виду, что развитие теории и экспериментальных методов исследования выявило недостаточность сведений о неравновесных вакансиях. В частности, нет еще единой точки зрения об эффективности различных вакансионных источников и стоков в неравновесном состоянии и соответственно о релаксационных свойствах вакансий. [c.24]

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]

Из четырех перечисленных меха- низмов в чистых металлах и сплавах со структурой твердых растворов замещения должен преобладать вакансион-ный механизм диффузии. [c.55]

Это относятся такя о п к вакансионному ме. санпзму диффузии ио узлам сплавов замещения. [c.275]

Механизм протекания диффузии может быть межузельнъш, ваканси-онным, обменным и циклическим (рис. 34). Реализация того или иного механизма протекания диффузии определяется кристаллическим строением вещества и типом дефектов его кристаллической решетки. Так, доказано, что основным механизмом диффузии примесных атомов в твердых растворах замещения является вакансионный, а в твердых растворах внедрения — межузельный. [c.109]

Важнейший этап ХТО — диффузия. В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия в основном происходит по вакансион-ному механизму. При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям. [c.122]

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]

В 1968—1969 гг. в серии работ напр., [428] ) было развито представление о возможности растворения и диффузии ряда благородных и переходных металлов (меди, серебра, железа, кобальта) в элементах III и IV групп (таллий, индий, свинец, олово и др.) по механизму внедрения при не слишком большом размере и малой валентности диффундирующего атома (валентность растворителя должна быть больше валентности примеси). Как показывают оценки, доля атомов, диффундирующих по механизму внедрения, по отношению к движущимся по вакансион-ному механизму достаточно велика, так что этим можно обт яс-нить аномальный характер диффузии в указанных системах, в частности очень низкие значения энергии активации. Дальнейшие исследования с целью подтвердить справедливость предложенного объяснения и установить степень общности полученных результатов представили бы несомненный интерес. [c.158]

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]

Нестабильный характер протекания пластической деформации (в общем случае возникновение скачков нагрузки на кривых деформационного упрочнения) обусловливается взаимодействием исходной дефектной структуры кристаллов и субструктуры, образующейся в процессе деформации. В частности, как отмечается в [229], при пластической деформации предварительно облученных монокристаллов меди и закаленных с предпла-вильных температур образцов из алюминия в исходной дефектной структуре указанных материалов, содержащей больщое количество вакансион-ных и межузельных призматических петель и тетраэдров дефектов упаковки, образуются бездефектные каналы шириной 0,1—0,5 мкм (рис. 85,6). Это обусловливает развитие неоднородности пластической деформации на ее начальной стадии, что отражается на кривых деформационного упрочнения в виде характерных скачков нагрузки (рис. 85, а). В работе [229] механизм образования бездефектных каналов в облученных или закаленных кристаллах рассматривается с кинетических позиций как "закономерная эволюция дислокационного ансамбля в кристалле при заданных условиях его деформирования". При этом, помимо процессов размножения, аннигиляции и диффузии дислокаций, учитывается также механизм взаимодействия скользящих дислокаций с призматическими петлями дефектов упаковки. В результате указанного взаимодействия дефекты заменяются дислокациями, образуя на них пороги и перегибы. [c.128]

Дефекты кристаллической решетки способствуют протеканию в металле процессов диффузии и фазовых превращений. Так, например, хорошо известен вакансион- [c.27]

Был предложен механизм ускоренного разрушения шарикоподшипников, основанный на образовании вакансионной диффузии водорода в высоконапряженную сталь и ее охрупчивании. Эту гипотезу проверяли на четырехшариковой машине со смазочным материалом, содержащим 6 % тритие-вой воды высокой активности. На испытуемом приводном шарике образовались питтинги, на остальных трех шариках напряжения были меньше и признаков поверхностных усталостных разрушений не наблюдалось. После испытания в тритиевой воде шарики промывали в ацетоне, погружали в жидкий сцинтиллятор и подсчитывали радиационную активность. После испытаний было зарегистрировано от 1000 до 2000 импульсов в 1 с. Не подверженная усталости часть шариков давала 40 импульсов в 1 с при фоне около 30 импульсов в 1 с. Активность на поврежденном участке со временем уменьшалась и через 5 сут приближалась к уровню фона. Описанный эксперимент подтверждает гипотезу, что в присутствии воды водород внедряется в.металл, подвергаемый поверхностному усталостному воздействию. Уменьшение радиг-ционной активности со временем может быть отнесено к выводу трития из металла. [c.140]

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]

Теперь попробуем сопоставить некоторые полученные структурные данные с оценками по диффузионной кинетике вакансий. Так, данные, представленные на рис. 117, по-видимому, говорят о том, что вследствие создания условий недосыщения по вакансиям в кристалле после разгрузки в него с поверхности, как с источника, засасываются вакансии. При сжатии кристалла, наоборот, создается пересыщение - вакансии идут на стоки и создают некий структурный фон (см. предпочтительные полосы травления на рис. 117), отличный от основного кристалла, который как раз указывает на то максимальное расстояние, которого успели достигнуть вакансии в процессе разгрузки, диффундируя с поверхности кристалла. Таким образом, на рис. 117 число циклов нагружения соответствует числу горизонтальных полос, которые указывают на постепенное продвижение фронта вакансионной кинетики от ребер и поверхности в глубь кристалла. Деформация до а =12 кгс/мм составляет е = 9-10" . Тогда при ё= 10 с время сжатия кристалла в течение одного цикла составляет 9 с. Оценка глубины диффузии вакансий с поверхности за это время дает X = 12,5 мкм, что хорошо согласуется по порядку величины с металлографическими данными на рис. И7,а, где ширина первой полосы составляет X П мкм [368,613,614]. [c.221]

Кинетика перераспределения дефектов под действием диффузионных процессов определяется подвижностью дефектов при данной температуре. Обычно коэффициент диффузии вакансий значительно выше, чем междуузельных атомов, и их подвижность суш,ественна даже при комнатной температуре. По мере накопления точечных дефектов становятся существенными процессы их взаимодействия, в частности, коалесцендия с образованием микропор, вакансионных кластеров, дислокационных нетель [74]. С появлением дефектов строения связано возникновение напряжений в ионно-легированном слое, изменение коэффициентов диффузии, механических свойств твердых тел и т.д. Неравновесная концентрация дефектов строения и высокий уровень напряжений могут изменять характер упорядочения атомов, вызывать аморфизацию поверхностного слоя или фазовые превращения типа мартенситного. Профиль распределения радиационных дефектов в основном повторяет профиль распределения легирующих ионов. Однако максимум концентрации располагается ближе к поверхности, так как при низкой энергии ионов энергии, передаваемой в упругих столкновениях, недостаточно для образования дефектов строения. Распределение числа смещенных атомов для условий легирования, соответствующих данным рис. 3.2, приведены на рис. 3.4. [c.82]

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]

Уравнение (18) для Г справедливо только для диффузии в кристалле примесей внедрения. Теперь рассмотрим самодиф-фузию в чистых металлах. Стандартным методом определения коэффициента диффузйи в чистых металлах является нанесение слоя радиоактивного изотопа на образец данного металла с последующим отжигом и определением глубины проникновения радиоактивного вещества. После сравнения результатов подобных исследований с теоретическими расчетами было сделано заключение о том, что у большинства (если не у всех) чистых металлов механизм диффузии является вакансионным. Это означает, что в кристаллической решетке имеется небольшое количество вакантных узлов, и атом перемещается только в том случае, если он может занять одну из имеющихся соседних вакансий, которая окажется рядом с ним. В этом случае частота перескока атома определяется не только частотой колебаний, в результате которых атом приобретает энергию, необходимую для перескока, но и временем нахождения его по соседству с вакантным узлом, который он может занять. [c.144]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...