Файл: Бокштейн Б.С. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах.pdf

выхода на поверхность дислокаций или других дефектов; здесь в первую очередь разрушается окисная пленка, препятствующая

сублимации.

При испарении сплава, контролируемом диффузией, в результате неравенства парциальных коэффициентов диффузии компонентов сплава может протекать процесс коагуляции вакансий и образование пор. Этот процесс довольно часто наблюдается также при ползучести при достаточно высоких температурах, однако может происходить

ибез приложения извне напряжений и пластической деформации.

Вкристаллической решетке между вакансиями имеется значи­ тельное взаимодействие, в результате которого образуются более или менее стабильные комплексы из двух и более вакансий; они находятся в динамическом равновесии между собой и «паром» из одиночных вакансий (см. гл. III). Если же нет равновесия и постоянно рождаются новые вакансии (в результате облучения, пластической деформации, диффузионных потоков атомов), происходит конден­ сация «вакансионного пара», а комплексы вакансий служат зароды­ шами образующейся «фазы» — вакуума. Поры и представляют со­ бой пример комплексов вакансий, подобно тому как это происходит при процессе коалесценции частиц — более крупные комплексы вакансий растут за счет более мелких, а процесс роста контроли­

руется диффузией.

Диффузионный механизм образования пор легко реализуется при высоких температурах, при удалении из сплава летучего компо­ нента в процессе сублимации из-за различной скорости диффузии компонентов сплава. В этих условиях относительное пересыщение вакансиями может достигать 10-1—1(Е2. Образование пор в усло­ виях вакуума экспериментально наблюдалось при воздействии, а также без воздействия растягивающих напряжений.

В работе [181, с. 133] исследовали процесс порообразования в латуни в интервале 500—850° С в условиях вакуума (~ 10~4 торр) и растягивающих напряжений. Определение энергии активации процесса Q на ранних и развитых стадиях процесса испарения пока­ зало, что в первом случае величина Q практически равна теплоте

Была также проведена оценка распределения пористости от поверхности внутрь образца с учетом парциальных скоростей диф­ фузии цинка и меди в латуни. При этом принимали, что на ранней стадии процесса испарения практически все вакансии уходят на поверхность, а на более поздних — одна часть уходит на поверхность, а другая, примерно такая же часть, остается в образце. В этом слу­ чае основная доля оставшихся вакансий должна наблюдаться на некотором расстоянии от поверхности. Там же наблюдается макси­ мум пористости. На рис. 93 приведены расчетная и эксперименталь­ ная кривые распределения пор на 1 мм2 площади образца а-латуни

271

Влияние пластической деформации на порообразование сохра­ няется и в случае последующего нагрева в вакууме выше температуры рекристаллизации. Возможность сохранения эффекта ускорения диффузии после пластической деформации и последующего нагрева значительно выше температуры рекристаллизации отмечена в ра­

ускоряет сублимацию при 1300° С; это объяснялось выходом дисло­ каций на поверхность и увеличением концентрации вакансий. Бринк­ ман рассмотрел термодинамику и кинетику порообразования и по­ казал возможность ускорения процесса под влиянием напряжений. Однако для зарождения пор требуются значительные напряжения, а для роста — небольшие (например, в аустените для роста поры размером в 10 мкм достаточно напряжения в несколько десятых кгс/мм2). Хотя теоретический анализ показывает, что для образова­ ния зародыша поры критического размера в чистом металле требуется значительное пересыщение —1,5, коагуляция вакансий в действи­ тельности наблюдается уже при концентрации вакансий немногим больше равновесной (1,05). Это объясняется гетерогенным характе­ ром образования пор — на дефектах (включениях) в процессе диф­ фузии. Сложное влияние оказывают границы зерен, поскольку они могут служить источником вакансий, а также местом их стока. Кроме того, на границах зерна обычно адсорбируются чужеродные атомы, влияющие на концентрацию вакансий и их релаксацию. Согласно Крюссару и Фриделю, потенциальный барьер, возникающий из-за отталкивания близлежащей вакансии (два-три межатомных рас­ стояния), на границах зерна меньше из-за наличия разориентировки соседних кристаллов. Наблюдаемое усиление роли границ зерен

впроцессе порообразования под влиянием растягивающих напряже­ ний, по-видимому, связано с тем, что при высоких температурах пластическая деформация локализуется по границам зерен, где и возникает избыточная концентрация вакансий. Выше отмечалось, что в ряде случаев процесс порообразования контролируется диф­ фузией по границам зерен.

Таким образом, есть много веских оснований считать, что поро­ образование при высоких температурах в металлических сплавах

вбольшем числе случаев контролируется процессом диффузии.

18 Заказ №737

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5.Фр е н к е л ь Я- И. Кинетическая теория жидкостей. Изд. АН СССР, 1945. 223 с. с ил.

6.Г е г у з и н Я- Е. Физика спекания. М., «Наука», 1967. 360 с. с ил.

7.Диффузия в металлах с о. ц. к. решеткой. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1969. 415 с. с ил.

8.W e r t С. — «Phys. Rev.», 1950, v. 79, р. 601—605.

9.Imperfections in Nearly Perfect Crystals. Ed. Shockley W., Hollomon J. H., Maurer, Seitz F ., N. Y ., Willey, 1952. 490 p.

10.M a p а д у д и и А. А. Дефекты и колебательный спектр кристаллов. Пер. с англ.

втвердой фазе. М., Физматгиз, 1960. 564 с. с ил.

20.К р и ш т а л М. А. Механизмы диффузии в железных сплавах. М., «Металлур­ гия», 1972. 400 с. с ил.

21.Г р у з и н П. Л. — Проблемы металловедения и физики металлов.' М ., «Ме­ таллургия», 1955 (ЦНИИ ЧМ, Сб. № 39), с. 475—485 с ил.

22.Ф е д о р о в Г. Б. — В кн.: Подвижность атомов в кристаллической решетке. Киев, «Наукова Думка», 1965, с. 40—49 с ил.

23. Т а в а д з е Ф. Н., С у р м а в а Г. М., С в а н и д з е К- Г. — «Сообщения АН ГССР» 1970, т. 60, с. 53—55 с ил.

24.S w а 1 i n R. А. — In: Colloque Thermod. Matieres nucl. et transport atomique dans les solides. Vienne, 1965, p. 197—211.

25. S e i t z F. — In: Imperfections in Nearly Perfect Crystals, N. Y., Willey, 1952,

p.3—76.

26. R o z h a n s k i i V. N., K a l a s h n i k o v a L. K-, N a z a r o v a M. P. , S v e t l o v J. L. — «Phys. Stat. Sol», 1970, v. 41, p. 579—590.

27.И н д e н б о м В. Л. — «Письма в ЖЭФТ», 1970, т. 12, с. 526—528.

28.Ш ь ю м о н П. Диффузия в твердых телах. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1966. 195 с. с ил.

274

б е р г В. M. — «Успехи физических наук», 1959, т. 67, с. 625—662 с ил.

34.Б о к ш т е й н Б. С. — ДАН СССР, 1971, т. 201, с. 375—378 с ил.

35.S c h w o e b e l R. L. — «J. Appl. Phys», 1967, v. 38, p. 3154—3158.

57.М и г г а у G. Т. — «J. Appl. Phys.», 1961, v. 32, р. 1045—1048.

58.Физическое металловедение. Т. 3. Пер. с англ. Под ред. Р. Кана. М., «Мир»,

65.Н i г t h J. Р. — «Met. Trans.», 1972, v. 3, p. 3047—3067.

66.П и н e с Б. Я- — ЖТФ, 1946, t. 16, c. 737—743 с ил.

67.S e e g e r A. — «Comm. Sol. St. Phys.», 1971, v. 4, p. 18—27.

68. N о w i c k A. S., D i e n e s G. J. — «Phys. St. Sol.», 1967, v. 24, p. 461—467.

69.S e e g e r A. — «J. Less—Common Met.», 1972, v. 28, p. 387—418.

70.С в э л и н P. Термодинамика твердого состояния. Пер. с англ. М., «Металлур­ гия», 1968. 315 с. с ил.

p. 161—183.

75.S c h a p i n k F. W. — «Phil. Mag.», 1966, v. 12, p. 1055—1059.

p. A1384—A1389.

82.К р и в о г л а з M. A. — ФТТ, 1970, t.12, c. 2445-2451 с ил.

83. К р и в о т л а з М. А. — ФТТ, 1970, т. 12, с. 3496—3506 с ил.

84.Б о л т а к с Б. И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. Л., «Наука», 1972. 384 с. с ил.

85.Ф и с т у л ь В. И. В кн.: Химическая связь в кристаллах. Минск, «Наука и

276