Диффузия в твердых веществах

ДИФФУЗИЯ В ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВАХ [c.378]

Диффузия — движение частиц среды, приводящее к необратимому переносу вещества или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. В качестве диффундирующих частиц рассматривают молекулы, атомы, электроны проводимости, дырки, нейтроны и другие частицы. Диффузия в твердых веществах приводит к переносу атомов на расстояния, превышающие межатомные расстояния для данного вещества. [c.108]

Диффузия в твердых веществах протекает очень медленно. Если сложить попарно куски разнородных металлов, то даже при условии хорошего контакта и приложения внешнего давления следы заметной диффузии при комнатной температуре наблюдаются через месяцы и даже годы. Однако с повышением температуры процессы диффузии заметно усиливаются. При высокотемпературной пайке расплавленный припой может находиться в контакте с основным металлом от [c.89]

Энергии активации диффузионных процессов, как видно, ниже энергии активации химических реакций ввиду того, что молекулы или атомы при диффузии не изменяют своего строения. В данном случае энергия активации будет определяться диффузионной средой и ее строением. Особенно высоки значения энергии активации при диффузии в твердых металлах и других кристаллических веществах. В твердом теле диффузия может происходить [c.298]

Диффузия — это перенос вещества, обусловленный беспорядочным тепловым движением диффундирующих частиц. При диффузии газа его молекулы меняют направление движения при столкновении с другими молекулами. Основными типами движения при диффузии в твердых телах являются случайные периодические скачки атомов из узла кристаллической решетки в соседний узел или вакансию. [c.144]

При разработке твердых электродов основную трудность составляет обновление поверхности. Так как скорость диффузии в твердых телах очень мала, выделяющееся на поверхности электрода вещество, если оно не растворимо в материале электрода, может покрыть всю рабочую поверхность, превратив ее таким образом в электрод из выделившегося вещества. Нашли применение твердые электроды из благородных металлов (Р1, Ag, Аи), а для компенсации отмеченного выше недостатка широко используется движущаяся жидкость или движущийся электрод. [c.218]

Метод радиоактивных изотопов или меченых атомов применяют для определения перемещения атомов отдельных компонентов в сплавах. В металл при плавке или в результате диффузии в твердом состоянии вводят искусственные радиоактивные изотопы, т. е. вещества, атомы которых имеют равный заряд и одинаковые химические свойства со стабильными изотопами, но испускают радиоактивное излучение. Подобие химических свойств означает, что перемещение атомов радиоактивных изотопов отображает поведение нерадиоактивных атомов. Излучение радиоактивных изотопов фиксируется или специальными счетчиками (ионизационный метод), или фотографическим методом (авторадиография). [c.196]

Следует также заметить, что приведенные выше уравнения Фика были первона--чально выведены для процессов диффузии в газах и жидкостях и позднее распространены на диффузию в твердом металле без учета специфики химической и кристаллографической природы металлов. Поэтому указанные формулы действительны только для определенных случаев. Так, первое уравнение Фика действительно для растворов, далеких от предела насыщения, и в случае постоянной концентрации диффундирующего вещества на границе раздела. [c.603]

Этот случай наблюдается при отсутствии потока вещества (например, температурная диффузия в твердом теле, изменение концентрации в спокойной воде). Матричное уравнение (8.32) может быть проинтегрировано по времени с использованием простой неявной схемы метода трапеции (см. гл. 7). Согласно этому методу [c.231]

Хотя диффузия в твердом теле имеет внешнее сходство с аналогичными процессами в газах и жидкостях, вместе с тем существуют важные отличия между ними, вытекающие из того, что в кристаллах перемещение атомов растворенного вещества неизбежно должно нарушать упорядоченность решетки и, следовательно, это перемещение должно быть скоординировано с движением атомов самой решетки. [c.11]

В связи с отсутствием у большинства чистых металлов технически полезных свойств в технике наибольшее применение находят их сплавы. Сплав — вещество, содержащее два и более компонентов. Сплав, состоящий из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы в настоящее время получают несколькими способами, например, взаимодействием элементов в жидком состоянии (сплавлением) спеканием и диффузией в твердом состоянии осаждением нескольких элементов на катоде при электролизе водных растворов. По количеству компонентов, содержащихся в сплаве, их делят на двойные, тройные и т. д. Вещества, входящие в состав сплава, при затвердевании могут находиться в виде отдельных частиц, зерен обоих компонентов (механическая смесь), или в виде образующихся химических соединений (химическое соединение), или взаимно растворяющихся друг в друге компонентов (твердые растворы). [c.27]

При сварке в металле происходят термодеформационные и физико-химические процессы. Термодеформационные процессы заключаются в упругопластическом деформировании металла при неравномерном нагреве в процессе сварки и возникновении вследствие этого временных и остаточных напряжений. Физикохимические процессы при сварке происходят в твердом и расплавленном металле и характеризуются фазовыми и структурными превращениями, растворением и выделением веществ из раствора, диффузией и другими явлениями. [c.406]

Возможность свободного перемещения молекул относительно друг друга обусловливает свойство текучести жидкости. Тело в жидком состоянии, как и в газообразном, не имеет постоянной формы. Форма жидкого тела определяется формой сосуда, в котором находится жидкость, действием внешних сил и сил поверхностного натяжения. Большая свобода движения молекул в жидкости приводит к большей скорости диффузии в жидкостях по сравнению с твердыми телами, обеспечивает возможность растворения твердых веществ в жидкостях. [c.83]

Кроме того, разница в свойствах твердого тела и жидкости проявляется в коэффициенте диффузии - скорости, с которой атомы могут перемещаться в веществе с места на место при их хаотическом движении. Диффузия в [c.112]

Применение теории случайных блужданий к диффузии атомов в твердых телах приводит к уравнениям, аналогичным первому и второму законам Фика. А. Фик для качественного метода расчета диффузии использовал уравнения теплопроводности, выведенные Фурье. При этом он исходил из гипотезы, что в изотропной среде количество / диффундирующего вещества, проходящее за единичное время через единичную площадь поперечного сечения, пропорционально градиенту концентрации С, измеряемому по нормали к этому сечению [c.204]

Значение коэффициента поверхностного натяжения S сильно зависит от присутствия малых количеств так называемых поверхностно-активных веществ (ПАВ) на границе раздела фаз. При обтекании капель и пузырьков концентрация ПАВ вдоль их границы может быть переменной из-за их конвективной диффузии. В результате вдоль границы образуется градиент поверхностного натяжения, что приводит к появлению касательных напряжений и приближает свойства поверхности капель и пузырьков к твердой поверхности. Поэтому в не очень очищенных жидкостях пузырьки обтекаются как твердые сферы, и сила вязкого сопротивления при Re < 1 лучше описывается формулой Стокса для твердой сферы (С,, = 24/Re ), чем формулой = 16/Re , следую- [c.160]

Процесс диффузии так же, как и перенос тепла, обусловлен двумя совершенно различными причинами. Во-первых, при наличии разности концентраций возникает перенос вещества через поверхности, непосредственно соприкасающиеся. Такая диффузия называется молекулярной и наблюдается в твердых телах, а также в покоящихся жидкостях и газах и при их ламинарном движении. [c.81]

Из сказанного следует, что механизм окисления металла во многом зависит от условий диффузии компонентов в оксидной пленке. Твердофазная диффузия веществ в твердом теле (в том числе и в оксидных пленках) определена наличием в ньм несовершенств и дефектов. Несовершенства в твердом теле разделяются на две следующие категории точечные дефекты или дефекты решетки, линейные и поверхностные дефекты. К точечным дефектам относятся вакансии, внедренные атомы и атомы, занимающие не свои узлы. Линейные и поверхностные дефекты включают дислокации, границы зерен,. а также внутренние и наружные поверхности. [c.48]

При лазерной обработке имеют место высокие скорости нагрева (до 10 ) и охлаждения (до 5 10 град/с), образование метастабильных фаз, сверхтонкой структуры вещества, пересыщенных твердых растворов, а также может возникнуть аморфная структура. Поверхность можно также насыщать упрочняющими легирующими добавками с высокой скоростью диффузии в жидкой фазе, в отличие от твердой фазы при химико-термической обработке. [c.200]

Опыты по диффузии и самодиффузии показывают, что атомы перемещаются во всех агрегатных состояниях вещества. Но в газах — быстрее, в жидкостях — медленнее, а в твердых телах — совсем медленно. Кроме того, общей закономерностью является активизация диффузии при повышении температуры. И это естественно ведь температура неразрывно связана с движением атомов. [c.198]

Диффузионные эксперименты показывают, что закон Фика хорошо выполняется в большинстве газообразных, жидких и твердых веществ. При этом коэффициент диффузии D обычно находят сравнением измеренного количества продиффундировавшего вещества с выражением Фика ). [c.200]

На рис. 4.23, а показана небольщая часть фазовой диаграммы бинарного сплава А—В, обогащенного компонентом А. Основы фазовых диаграмм рассмотрены в работе [33]. Вместо плавления и затвердевания при единственной температуре Та сплав, содержащий примесь б в Л и имеющий концентрацию В, в идеальном случае плавится в интервале температур от Ту до 7з. Диаграмма на рис. 4.23, а составлена для растворенного вещества В, которое понижает точку плавления вещества А. Заметим, что обе температуры Ту н Тз лежат ниже точки плавления чистого металла А. При охлаждении сплава состава Ву из области жидкости и при условии, что переохлаждение отсутствует, зарождение твердой фазы начинается при температуре Гь Твердая фаза, появившаяся при этой температуре, имеет состав б] и оставляет жидкость состава Ьу. При дальнейшем охлаждении осаждается большее количество твердой фазы, имеющей состав, который изменяется вдоль линии солидуса. Состав оставшейся жидкости изменяется по линии ликвидуса. При температуре Т твердая фаза имеет состав бз, жидкая — Ьз, а при температуре Тз твердая фаза состава бз находится в равновесии с жидкостью состава бз. До сих пор считалось, что скорость охлаждения бесконечно мала, так что всегда поддерживается равновесный состав. Другими словами, твердая фаза состава б], появившаяся первой, успела диффузионно перейти в состав бз, пока температура падала до Тз. Поскольку диффузия в твердом состоянии всегда медленна, а скорость охлаждения не может быть бесконечно мала, концентрационное равновесие никогда не достигается, в результате чего при температуре ниже Тз состав твердой фазы оказывается между 61 и 63, а жидкость с избытком В не затвердеет окончательно, пока температура не достигнет Т . [c.170]

Кроме того, разница в свойствах твердого тела и ядадкости проявляется в коэффициенте диффузии - скорости, с которой атомы могут перемешаться в веществе с места на место при их хаотическом движении. Диффузия в жидкостях намного больше, чем в твердых телах. Например, дш меди коэффициент диффузии в твердом состоянии равен 10 см с [17]. [c.40]

К настояще]иу времени издан ряд книг по физике твердого тела как советских, так и зарубежных авторов. Каждая из них хороша по-своему. Большинство изданий, однако, могут служить учебпымн пособиями либо лишь по разделу Физика твердого тела в курсе общей физики, либо по соответствующему спецкурсу во втузах. В связи с такой направленностью учебных пособий в них недостаточно полно отражено современное состояние физики твердого тела. К наиболее удачным пособиям следует отнести книги Н. Ашкрофта и Н. Мермина Физика твердого тела (М., 1979) и Ч, Кит-теля Введение в физику твердого тела (М., 1978), в которых, правда, главное внимание уделено теории твердого тела. Однако в них, так же как и в большинстве других книг, недостаточное внимание обращено на такие важные разделы, как физика некристаллических веществ, дефекты и диффузия в твердых телах, вязкое и хрупкое разрушения твердых тел. Кроме того, различие в планах и программах подготовки специалистов в зарубежных (а эти книги изданы как учебные пособия для американских вузов) и наших вузов не позволяет в полной мере использовать данные учебные пособия. [c.6]

Перемещение атомов по кристаллу. Атомы в междоузлии и вакансии, возникающие в кристалле, не остаются локализованными в одном месте, а перемещаются в решетке. Перемещение дислоцированного атома происходит путем перехода его из одиого междоузлия в другое, перемещение вакансии — последовательным эстафетным заполнением ее соседниь5и атомами (рис. 1.16) при переходе на вакантное место 1 атома 2 вакансия перемещается в узел 2, при переходе сюда атома 3 вакансия перемещается в узел 5 и т. д. Так осуществляется диффузия в твердых телах, приводящая к перемешиванию атомов н выравниванию свойств тела в объеме. В твер- дых телах, не содержащих чужеродных атомов, в диффузии участвуют лишь собственные атомы такую диффузию называют самодиф-фузией. Диффузию чужеродных атомов в решетке данного вещества называют гетеродиффузией, а часто просто диффузией. [c.24]

Это был первый случай наблюдения диффузии в твердом состоянии. А в жидкостях или газах ее наблюдать намного легче. Вспомните хотя бы, как капля чернил расплывается в воде или как в комнату проникают вкусные запахи с кухни. При контакте разных веществ тепловое движение атомов приводит к их перемешиванию. Этим и объясняется диффузия. Чем выше температура, тем более оживленным становится атомное движение и тем прош,е наблюдать результаты диффузии. В дальнейшем мы расскажем о диффузионных процессах более подробно, но пока нам будет достаточно и этой информации. [c.41]

Частным случаем диффузии в чистом веществе или растворе постоянного состава, при котором диффундируют собственные частицы вещества, а его химический состав не меняется, является ссшодиффузия. При самодиф-фузии диффузионные перемещения частиц твердого вещества могут приводить к изменению его формы и другим явлениям. Так, длительное воздействие сил поверхностного натяжения, тяжести, упругих, электрических и др. может привести к сращиванию двух пришлифованных поверхностей образцов одного и того же вещества, спеканию порошков, растягиванию образцов [c.108]

Мы начнем с математического анализа диффузии в твердых телах. Соответствующие уравнения были впервые применены к процессу диффузии в 1858 г. Адольфом Фиком, хотя совершенно аналогичные уравнения были выведены десятилетием раньше Фурье при его классическом анализе теплового потока. Выше было отмечено, что атомы неремеш аются из области с более высокой концентрацией в ту область твердого тела, где их концентрация меньше, и когда градиент концентрации исчезает, результи-руюш,ий поток атомов прекращается. Если ось х параллельна направлению градиента концентрации, то уравнение для потока вещества, возникающего в данных условиях, будет иметь вид [c.133]

Вид функциональной зависимости (4-41) определяется тем из процессов передачи вещества (внешняя диффузия в газе, сопротивление пограничной пленки, внутренняя диффузия в твердом теле), который оказывает существенное влияние на, скорость сорбции. При поглощении из воздушного потока скорость сорбции определяется внешней диффузией [Л. 48]. При малых концентрациях в потоке изотерма адсорбции, т. е. зависимость концентрации вещества в твердом теле от его концентрации в газе, 6=f(0 (при Г= onst)—прямая линия и соотношение (4-41) в явном виде записывается как [c.86]

Явления Д. в твердых телах имеют огромное значение в молекулярной физике и технологии металлов и тесно связаны с наблюдаемыми в них молекулярными процессами (установление термодинамич. равновесий в твердых растворах при кристаллизации, рекристаллизация, возможная адсорбция одного из компонентов сплава на внутренних или внешних поверхностях раздела). Сварка и спайка металлов в известной степени связана с Д. На Д. углерода в сталь основан процесс lfe-ментации (см.) — поверхностного науглероживания (железных или стальных) изделий, т. е. повышения содержания углерода в наружном слое, напр, деталей машин, инструментов (обычно до 0,9%), что позволяет после закалки создать изделия с твердым наружным слоем и мягкой, вязкой сердцевиной. Все большее значение приобретает цементация железа и стали другими металлами алюминием (калоризатц1Я, или алитирование), хромом (хромизация), вольфрамом, кремнием, бором, цинком. Все ати процессы основаны на Д. соответствующего данного вещества — металла — в железо. Сюда же относится и азотирование (азотизация), связанное с (отчасти химической) окклюзией азота наружным слоем железа и последующей Д. в металле. Азотирование ведет к весьма сильному повышению твердости наружного слоя. Обратный процесс обезуглероживания (при производстве ковкого чугуна) — обратная цементация — такн е основан на Д. С диффузией в твердых телах тесно связан вопрос о подвижности ионов в кристаллах и аморфных телах (стеклах) при электролитич. переносе. Д. в кристаллич. решетке зависит от направления и резко возрастает с темп-рой. [c.461]

Диффузия в твердом теле представляет собой физический процесс, посредством которого атомы растворенного вещества перемещаются в решетке растворителя. Диффундировать могут и собственные атомы решетки. Такой процесс назьтается самодиффузией. [c.11]

Для изучения диффузии в твердых телах в настоящее время разработано больщое число физических и физико-химических методов исследования. Эти методы основаны на измерении распределения концентрации диффундирующего вещества в исследуемом образце в зависимости от времени и температуры диффузионного отжига. При этом распределение концентрации определяется либо прямыми измерениями ее в различных частях исследуемого образца с помощью химических, спектроскопических, рентгеновских, электронографических, радиоактивных и других методов анализа, либо же косвенным образом — посредством изучения характера изменений некоторых физических свойств вещества, вызванных проникновением диффундирующей примеси. [c.297]

Тубандт при исследовании диффузии в твердых телах применил метод соприкасающихся цилиндров. Концентрация продиффундировавших веществ определялась весовым методом. [c.9]

Наиболее простым примером реакции между твердыми веществами можно считать реакции присоединения типа А- -В- АВ. Известно большое число таких процессов, например, реакции, протекающие в силикатных системах, реакции образования шпинелей (например, ZnO+Fe2O3- ZnF02O4) и других двойных солей. Иногда через слой продукта с достаточной скоростью движутся катионы только одного типа, так что реакционное пространство локализовано на границе между продуктом и реагентом с неподвижными катионами. В таких случаях должен происходить перенос анионов за счет диффузии в твердой фазе либо через газовую фазу. В других случаях движутся катионы того и другого типа. Так, в реакции [c.172]

Значение коэффициента поверхностного натяжения 2 сильно зависит от присутствия малых количеств так называемых поверх-ностно-активных веществ (ПАВ) на границе раздела фаз. При обтекании капель и пузырьков концентрация ПАВ вдоль их границы может быть переменной из-за их конвективной диффузии. В результате вдоль границы образуется градиент поверхностного ватяжения, что приводит к появлению касательных напряжений (см. (2.1.22)) и приближает свойства поверхности капель и пузырьков к твердой поверхности. Поэтому в не очень очищенных [c.255]

Фирма Hittman Asso iates, In . разработала для научно-исследовательской корпорации Monsanto уникальный клапан для селективного выпуска гелия из смеси с другими газами. Методика основана на свойстве некоторых твердых веществ пропускать путем диффузии только гелий, задерживая другие газы. Прибор состоит из волокон кварца (10—20%), распределенных в металлической платине схема его показана на рис. 6. Такой композиционный материал изготовляется горячим прессованием с ориентированным расположением волокон, что способствует направленному проникновению гелия. Эти клапаны могут быть изготовлены для работы при температурах от 500 до 1310°С в зависимости от их состава, размеров и др. Например клапан, показанный на рис. 7, можно использовать для удаления гелия из капсул, содержащих альфа-радиоактивные вещества, в результате чего снижается давление гелия. [c.462]

Диффузионные проницаемые элементы. В таких проницаемых элементах используют газопроницаемость твердых веществ. При наличии перепада давления газ диффундирует в ootвeт твии с законом диффузии Фика. [c.33]

Методы экспериментального исследования перемешивания теплоносителя в поперечном сечении пучка витых труб на стационарном режиме были рассмотрены в работе [39]. Это — классические методы исследования переносных свойств потока методы диффузии тепла (вещества) от точечного источника, непрерьшно испускающего нагретые частицы воздуха (или газа другого рода) в основной поток, и метод диффузии тепла от линейного источника, трансформированные с учетом особенностей течения в пучке витых труб, а также его конструкции. При этом для проведения экспериментов и обработки опытных данных использовалась гомогенизированная модель течения. Измерения полей температуры и скорости потока проводились вне пристенного слоя, а теоретически рассчитанные поля температуры теплоносителя и скорости потока бьши непрерьшны в пределах диаметра кожуха пучка. При этом считалось, что в пучке течет двухфазная гомогенизированная среда с неподвижной твердой фазой. При исследовании эффективного коэффициента турбулентной диффузии в прямом пучке витых труб первым методом диаметр источника диффузии бьш равен диаметру витой трубы с , а сам источник перемещался относительно выходного сечения пучка, гделроизво-дились измерения полей скорости. Однако эти отклонения от известного метода диффузии не стали препятствием для использования понятия точечного источника в пучке витых труб при достаточно больших расстояниях от него, где измеренные поля температур практически не отличались от гауссовского распределения [39]. Этот метод, основанный на статистическом лагранжевом описании турбулентного поля при изучении истории движения индивидуальных частиц, непрерьшно испускаемых источником, используется в данной работе и для определения эффективных коэффициентов турбулентной диффузии в закрз енном пучке витых труб, но при неподвижных источниках диффузии. [c.52]

Свойства таких неоднородных систем можно лучше всего изучить, рассматривая однородные части системы (подсистемы), составляющие систему. Составные части системы, однородные по составу и состоянию,, называются по Гиббсу фазами системы. Так, например, система, состоящая из газообразного воздуха и твердого углерода, содержит две фазы—воздух и углерод. После того как углерод сгорит и продукты сгорания смешаются благодаря диффузии с окружающим веществом, может существовать однофазная аистема, содержащая в себе однородную газообразную смесь кислорода, азота и двуокиси углерода. [c.120]

В данном случае рассматривается перенос какой-либо среды или свойства благодаря движению жидкости. Если скорость жидкости равна нулю, а источники переносимого вещества отсутствуют, то, как следует из уравнения (2.31), дк1д1 = 0. Следовательно, концентрация вещества не меняется в данной точке со временем. Значит, в данном случае не рассматривается перенос путем диффузии, который происходит и в покоящейся жидкости, если концентрация вещества распределена неоднородно по объему. Для примера достаточно вспомнить рассеивание дыма, т. е. диффузию мельчайших твердых частиц. [c.22]

Примеси в исходном сырье — техническом глиноземе или электроплавленом корунде — составляют обычно 0,5—1%. Такое количество примесей не вызывает образования заметного количества жидкой фазы, и корунд спекается в твердой фазе путем диффузии. Однако если в корундовую массу умышленно ввести некоторые вещества в виде оксидов или солей, называемых обычно минерализаторами, то температура спекания корунда может быть снижена на 150—200°С, а характер кристаллизации корунда может стать направленным, вызывая задержку или рост кристаллов. Среди добавок, заметно снижающих температуру спекания, следует отметить TiOz, МпОз, РеаОз. [c.109]

Специфический вид энергии - ультразвук способен резко снижать силы внешнего и внутреннего трения в озвученных металлах и полимерах, делая их сверхпластичными. Ультразвук увеличивает скорость диффузии в озвученных металлах в 10 раз, что создает условия, при которых твердый металл ведет себя как квазижидкое вещество. В свариваемом металле происходят при этом акустические кавитационные явления чередование высоких локальных давлений с разрежением. Это способствует очистке деталей от жировых и других загрязнений, измельчает твердые окисные пленки и интенсивно удаляет их, активирует свариваемые поверхности. В зоне воздействия ультразвуком температура металла увеличивается до 0,7 температуры его плавления, а полимерные материалы начинают плыть . [c.259]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...