Механизмы диффузии в кристаллах

МЕХАНИЗМЫ ДИФФУЗИИ В КРИСТАЛЛАХ [c.11]

Как мы видели, при повышенных температурах атомы кристаллической решетки и примеси в ней приобретают способность хаотически двигаться по объему решетки подобно молекулам газа. Различие состоит в том, что длина свободного пробега атомов в кристалле практически равна межатомному расстоянию (К а), так как перескок атома при диффузии происходит из данного узла (междоузлия) в соседний. Кроме того, решетка несколько ограничивает характер хаотического движения атомов, вследствие чего в (1.23) коэффициент 1/3 должен быть заменен некоторым коэффициентом а, зависящим от геометрии решетки и механизма диффузии. Наконец, роль х для кристалла должно играть эффективное время оседлой жизни-атома 0. Учитывая все это, (1.23) применительно к диффузии в кристаллах необходимо переписать следующим образом [c.27]

Эти представления разработаны Вагнером [23] на основании рассмотрения механизма диффузии в ионных кристаллах и изменения их электропроводности. В результате пред- [c.29]

Рассмотренный механизм диффузии в ионных кристаллах и электропроводности позволяет дать ионно-электронную теорию [c.58]

Несколько упрощенное изображение основных механизмов диффузии в кристаллической решетке представлено на рис. 1.1. Чисто умозрительно простейшим механизмом является диффузия по междоузлиям, когда находящиеся в междоузельных положениях атомы примеси перескакивают из одного междоузлия в другое, не вызывая долговременного смещения какого-либо из атомов решетки (рис. 1.1, а). Однако это не означает, что движущийся атом постоянно находится в междоузлиях. Диффундирующие по междоузлиям атомы могут в течение продолжительного времени занимать узлы решетки. Это относится также и к атомам самой решетки, которые могут диффундировать по междоузлиям через собственную решетку кристалла. [c.11]

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]

Рассмотрение механизма диффузии и электропроводности в полупроводниковых кристаллах позволило Вагнеру сформулировать ионно-электронную теорию высокотемпературного параболического окисления металлов с образованием достаточно толстых окисных пленок и дать количественный расчет этого процесса. Ниже приводится в простейшем виде вывод уравнения Вагнера. [c.59]

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]

Под синергетическим подходом главным образом подразумевается формулирование и анализ системы кинетических уравнений для выявления механизмов самоорганизации в ансамбле дислокаций с образованием структур диссипативного типа [201]. Важным аспектом развиваемых теорий является формулирование такой системы дислокационных кинетических уравнений, которая могла бы описать это явление не только с качественной, но и с количественной стороны [201]. Кинетические уравнения должны включать в себя процессы, реально идущие в кристалле, а именно генерацию, аннигиляцию и диффузию дефектов. [c.112]

Таким образом, согласно [201], на стадии легкого скольжения процесс локального расслоения дислокационной структуры на обогащенную (жгуты) и обедненную дислокациями фазы контролируется следующими физическими механизмами. В обогащенной фазе преобладает процесс отрицательной линейной диффузии дислокаций, возникающей в ансамбле вследствие размножения их по механизму двойного поперечного скольжения. В обедненной фазе доминирует процесс стабилизации дислокаций, что ингибирует их размножение. Генерация дислокаций из источников Франка-Рида уравновешивает эти процессы, что способствует образованию стационарной дислокационной структуры. С ростом пластической деформации в кристаллах, ориентированных для одиночного скольжения, активизируются вторичные системы скольжения, взаимодействующие как с первичной системой, так и с дислокациями леса. Это приводит к образованию вдоль первичных плоскостей скольжения более плотных, "ковровых" структур дислокаций, постепенно заполняющих пустоты между жгутами [201]. [c.113]

Таким образом, если приложенное внешнее или внутреннее поле в кристалле значительно больше, чем Е р, то можно пренебречь диффузией и вычислять поле пространственного заряда, включая только дрейфовую компоненту Если нет полей, диффузия является единственным действующим, механизмом [c.303]

Вероятность обмена местами между атомами определяется в соответствии с формулой (11.6) энергетическим барьером Еа между двумя соседними атомами А и В (рис. 6.7). Высота этих барьеров зависит от структуры кристалла, свойств движущихся атомов, механизма диффузии, межатомных сил и других факторов. Энергия активации процесса обмена мест при термодиффузии должна вноситься тепловыми колебаниями элементов решетки. Поэтому напрашивается мысль, что диффузия связана с частотой колебаний атомов. Среднее число переходов п в единицу времени (частота обмена мест) дается больцмановской функцией распределения энергии [c.240]

В-четвертых, в реальных кристаллах обнаруживаются смещения атомов (дислокации) и свободные места (см. фиг. 14 на стр. 34). Атомы здесь расположены в правильной последовательности, но в некоторых узлах решетки они отсутствуют, а в некоторых участках они более или менее смещены. Наличие свободных мест и смещений облегчает механизм перемещения атомов при диффузии в металлах. [c.30]

В кристаллах, в которых атомы растворенного вещества расположены в позиции замещения, диффузия может осуществляться посредством различных механизмов [c.84]

Оба эффекта отсутствуют в кристаллах, в которых электронные и ядерные спины занимают фиксированные положения в пространстве. В этом случае вместо указанных эффектов предполагается существований механизмов соответственно электронной релаксации и спиновой диффузии [И ]. [c.352]

Атомный механизм диффузии в кристаллах можно представить как особый механизм обмена мест. Процессы диффузии могут происходить в веществах, состоящих пз атомов одного вида, например, путем выравнивания различных кинетических энергий атомов (аналогично броуновскому движению молекул в жидкостях). Этот процесс обмена мест называется самодиффузией. Чтобы частица, находящаяся в узле решетки, могла покинуть свое нормальное место, необходимо, чтобы частица приобрела определенную энергию (энергию активации). Энергии активации особенно низки для частиц кристалла, находящихся на поверхности, так как они имеют меньше связей, чем атомы внутри кристалла. Поэтому нужно учитывать повышенную подвижность на поверхности (поверхностная диффузия или диффузия Фоль.мера). Повышенная подвижность собственных и чужеродных частиц на новерхности кристалла будет подробно изложена в главе 14.3. [c.233]

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]

В основе процесса. диффузии в кристаллах лежит атомный механизм, при котором каждый ато.м совершает более или меиее случайные блуж.ца-ния, т. е. ря,д скачков. между различных равновесны ш положениями в решетке. Любая атомная теория диффузии должна начинаться с рассмотрения механизма диффузии. Прежде всею следует ответить на вопрос каким образом данный атом иеремешаегся из одной позиции в другую. [c.25]

Границы зерен и дислокации хотя и затрудняют процесс диффузии атомов по сравнению с процессом диффузии в идеальных кристаллах, однако незначительно. Дислокация является своего рода открытым каналом для диффузии. Как известно, процессы диффузии быстрее протекают в пластически деформированном, а не в отожженном кристалле. Диффузия по границам зерен определяет в некоторых случаях скорость процессов осал<дения в твердой фазе. Например, осаждение олова из твердых растворов РЬ5п при комнатной температуре происходит в 10 раз быстрее, чем можно ожидать, исходя из механизма диффузии в идеальной решетке. [c.704]

Нелинейный отклик сйеЙодных и связанных оптич. электронов — универсальная, но не единственная причина возникновения нелинейных оптич. явлений. Существенными оказываются нелинейные колебания многоатомных молекул и кристаллич. решётки, возбуждение светом явлений дрейфа, диффузии зарядов в кристаллах (фоторефрактивный эффект), индуцированная световой волной ориентация анизотропных молекул в жидкостях и жидких кристаллах (оптический Керра зффект), электрострикция, разл. тепловые эффекты и т. п. Перечисленные механизмы приводят к появлению оптич. нелинейностей, существенно различающихся по величине и времени установления нелинейного отклика Хил- Для наиб, быстрой нерезонансной электронной нелинейности Тдл 10 с , для инерционной тепловой нелинейности > 10 с. [c.295]

В связи с большим различием интенсивностей при дифракции рентгеновского пучка, рассчитанной теоретически в предположении идеальной решетки и наблюдаемой на опыте, была высказана гипотеза о мозаичной структуре кристалла. Расхождение между теоретической и действительной величиной скалывающего напрялсения было объяснено с помощью представлений о дислокационной структуре. Для объяснения механизма диффузии было введено понятие о вакансиях в кристаллической решетке вещества. [c.43]

Для уточнения роли поверхностной диффузии в рассмотренном механизме сублимации определим среднее перемещение А, атома на поверхности кристалла самоадсорбированном состоянии. Значение "к можно найти из формулы Эйнштейна [c.424]

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]

На рис. 3.46 приведены зависимость условного предела текучести предела длительной прочности за 100 ч и напряжения, соответствующего минимальной скорости ползучести 10 сплавов на основе никеля, дисперсионноупрочненных частицами ThOa при 1093 °С, от степени вытянутости зерен. Последняя определяется как отношение длины зерна в направлении оси напряжения к его ширине. Сплав TD-никель, подвергнутый волочению после литья и отжигу, является поликристаллическим сплавом, состоящим из тонких, вытянутых в одном направлении кристаллов. Из рис. 3.46 следует, что при увеличении степени вытянутости зерен прочность при высокотемпературном растяжении и сопротивление ползучести увеличиваются. Отсюда ясно, что в указанных сплавах интеркристаллитное разрушение, обусловленное зернограничным скольжением и механизмом диффузии, [c.87]

Механизмы Френкеля и Шоттки в реальных кристаллах могут действовать независимо, и одновременно, а оба типа точечных дефектов — атомы в междоузлии и вакансии, двигаясь по кристаллу, дают свой вклад в общий массоперенос (диффузию) [38, 39]. Большое влияние на массоперенос оказывают также инородные примеси, растворенные в кристалле. В этом случае наряду с вакансиями и междоузель-ными атомами следует учитывать еще один тип точечных дефектов кристаллической решетки — дефекты замещения. Этим термином обозначают узлы решетки, занятые атомами другого сорта. [c.34]

Возвращаясь теперь к выражению (5Д.60) для коэффициента диффузии, мы обнаруживаем, что сходимость интеграла по времени обеспечивает лишь учет взаимодействия примесных атомов с электронами. Если рассматривать только однофононные процессы, то коэффициент диффузии, вычисленный по формуле (5Д.60), будет иметь бесконечное значение. С физической точки зрения это означает, что поглощение и испускание виртуальных фононов не может привести к локализации примесного атома. Окруженный облаком виртуальных фононов, он движется в кристалле как свободная квазичастица — примесон . Таким образом, для правильного описания квантовой диффузии в диэлектриках, где примеси взаимодействуют лишь с колебаниями решетки, необходимо учитывать многофононные процессы ). Однако для металлов рассмотренная нами модель кажется вполне разумной, если температура значительно меньше температуры Дебая и, следовательно, тепловые фононы практически отсутствуют. Сравнение значений коэффициента диффузии, вычисленных по формуле (5Д.60), с экспериментальными данными по диффузии мюонов в кристаллах меди было проведено Кондо [107]. Согласие между предсказаниями теории и экспериментом оказалось удивительно хорошим при температурах Т < 60К, причем квантовый (туннельный) механизм естественным образом объясняет наблюдаемый рост коэффициента диффузии с понижением температуры ). [c.423]

Таким образом, в настоящее время не существует общепризнанного механизма превращения кристобалита в тридим ит. Вместе с тем считают, что оно требует обязательного присутствия посторонних ионов [58, 164, 163, 155, 177, 183, 168, 160, 166, 167], механизм действия которых, однако, трактуется различно. Необходимо подчеркнуть, что, кроме [164], исследования тридимитизации проводились с посторонними ионами и при температурах, пир которых неминуемо образуются жидкие фазы. Остается также необъясненным, почему диффузия катионов минерализаторов в кварц и в отсутствии жидкой фазы обеспечивает его превращение в кристобалит, тогда как их диффузия в кристобалит приводит к его тридимитизации лишь в температурных условиях образования жидкой фазы. Суждение о степени активности кристобалита к тридимитизации, подтверждающей роль твердой фазы в этом процеосе, по величине кристаллов образующегося тридимита [183] не подкрепляется давньши о количестве образующегося тридимита и потому не является убедительным. Вместе с тем извесггао. [c.32]

На основе приведенных данных можно предложить следующую схему образования феррита магния по механизму встречной диффузии катионов Mg +, Ре , Ре . Так как скорость диффузии ионов железа в феррите магния несколько больше, чем в окиси магния, то при взаимодействии монокристалла окиси магния с окисью железа к границе раздела фаз Mg0/Mgpe204 ионов железа поступает больше, чем их отводится в глубь кристалла. Поэтому в локальных микрообластях поверхностного слоя MgO в какой-то момент времени концентрация железа превышает равновесную, и пересыщение снимается эпитаксиальным ростом монокристаллического слоя феррита. В зависимости от времени взаимодействия размер диффузионной зоны окиси магния увеличивается незначительно, и скорость отвода ионов железа от поверхности раздела фаз Mg0/Mgp204 меняется мало. По этой причине достижение критического пересыщения и, следовательно, скорость роста монокристаллического слоя феррита магния определяются диффузией ионов л<елеза и магния через слой шпинели, а не их диффузией в монокристалле окиси магния. [c.7]

Вычисление энергии активации , необходимой для возникновения различных дефектов в кристаллах, представляет весьма больщой интерес. Как правило, теоретически вычисленные значения энергии не совпадают точно с величинами, определенными из эксперимента (из-за неизбежной идеализации реальной картины и ряда допущений, необходимых для проведения строгой математической обработки). Тем не менее подобная математическая обработка экспериментальных данных часто позволяет делат > важные заключения относительно структуры дефектов и механизма электропроводности, диффузии, природы диэлектрических потерь и т. д. [c.43]

При повышении темп-ры кристалла О. з. в д. уменьшается, т. к. увеличивается скорость рассасывания зарядов благодаря диффузии и увеличивается количество зарядов, нейтрализующихся у электродов. Так, в кристаллах КаС1 при 4-165°С объемные заряды не наблюдаются. В сильном электрич. поло накопление объемного заряда затруднено в связи с уменьшением вероятности закрепления зарядов на дефектах кристаллич. решетки. Образование О. з. в д. не обязательно связано с ионным механизмом проводимссти. При фототоке в кристаллах Na l, в частности в окрашенных кристаллах [2], и электронной проводимости алмаза также наблюдаются объемные заряды. Существенную роль для характеристики ряда процессов играет время релаксации объемного заряда. В зависимости от структуры кристалла и условий поляризации оно меняется от долей секунды до многих часов. Если время релаксации т сравнительно [c.478]

Механизм перехода. В настоящее время широко распространено мнение, что при относительно низких температурах большая часть пути газа через твердые кристаллы идет не столько через самую решетку, сколько через поры или интергранулярные трещины. При высоких температурах диффузия через решетку, конечно, возможна Однако до сих пор еще имеются большие разногласия относительно действительного механизма перехода кислорода или металла наружу или внутрь окисленного слоя, и, может быть, вообще сомнительно существование четкого различия, проводимого некоторыми исследователями между диффузией через решетку и диффузией через трещины. Кроме того, очень много гипотез, распространенных в настоящее время среди физико-химиков, основаны на работах о веществах, подобно углероду или кремнию, которые весьма отличаются от окисных пленок металлов. Одаако последние исследования диффузии газов через окись кремния достойны внимания, так как они показывают, что различные виды перехода возможны даже в тех случаях, когда вообще нет действия на металл. Баррер пришел к заключению, что при высоких температурах гелий, водород и неон проходят сквозь решетку окиси кремния, хотя более тяжелые газы, как кислород, азот и аргон, идут вдоль плоскостей скольжения. При низких температурах гелий, водород и неон проникают вследствие диффузии вдоль плоскостей скольжения. Баррер считает, что миграция идет от адсорбированного слоя, а не от газовой фазы. Элти с другой стороны, считает, что гелий и неон диффундируют через окись кремния вдоль узких трещин в виде адсорбированных атомов и что атомы газа проникают в трещины скорее непосредственно из газовой фазы, чем из слоя газа, адсорбированного поверхностью окиси кремния. [c.171]

Как уяоминалось ранее, нельзя совершенно не учитывать возможность существования междоузельных примесных атомов, и это дает три возможных механизма для тог о7 чтобы б ъяс нить аномальные данные по ОЦК кристаллам. Очевидно, нужны очень тонкие экспериментальные работы по диффузии в ОЦК металлах. [c.104]

Так как диффузия в ГЦК решетке изотропиа, можно ориентировать кристалл так, чтобы ось. совпадала по направлению с приложеииым полем и была перпендикулярна кристаллографическим плоскостям (100). Проекция на ось X вектора смещения при любом скачке меченого атома, происходящем по ваканснои-иому механизму, равна 6 либо 0. Вклад в поток дают лишь скачки с ненулевой проекцией смещения на ось д . В среднем эффективная частота скачков меченого атома равна для скачков по полю и v-e для скачков против поля. Согласно гл. 4 скорость дрейфа иу определится выражением [c.176]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...