Файл: Шиняев А.Я. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении.pdf

Гл а ва 3. В Л И Я Н И Е Д А В Л Е Н И Я НА Д И Ф Ф У З И Ю

ИСВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ПРОЦЕССЫ

Диффузионные процессы являются фактором, определяющим все зависимые от времени процессы в металлах и сплавах [1]. В ос­ нове диффузионных процессов л е ж и т акт термического переме­ щения атомов в кристаллической решетке. Скорость протекания процесса диффузии зависит от величины энергетического барь­ ера, который необходимо преодолеть диффундирующему атому, и механизма этого процесса. В настоящее время накоплено мно­ го данных, убедительно показывающих, что при нормальном дав­ лении процесс диффузии не может осуществляться без присутст­

с малым атомным диаметром, в частности, газов и некоторых

Многочисленные исследования показали, что процесс диф­ фузии в поликристаллических м а т е р и а л а х начинается с межкристаллитной диффузии, развивающейся в пространстве между дву­ мя соприкасающимися кристаллами . Этот процесс диффузии имеет скорость на 4—5 порядков больше скорости диффузии в объеме кристаллов . В объемной диффузии определяющим моментом является концентрация равновесных вакансий, а межкрпсталлитная д и ф ф у з и я зависит главным образом от плот­ ности дислокации в межзеренном пространстве.

Вусловиях высоких давлений изменяется энергетическое

состояние атомов в кристаллической решетке и состояние все­ го кристалла . Естественно, что в этом случае изменяются и усло­ вия осуществления диффузионного акта перемещения атомов п кристаллической решетке.

Взаимодействие атомов в кристаллической решетке опреде­ ляется в основном валентными электронами и в металлических

нов проводимости в металлах под давлением . Характерно, что при высоком давлении превалирует тенденция к металлизации у всех твердых тел, включая полупроводники и изоляторы, так как электросопротивление практически всегда снижается при уве­ личении давления .

характеристик, имеющих непосредственное отношение к процес­ су диффузии . Н а основании этого можно ожидать, что в условиях

гих металлических м а т е р и а л а х в нормальных условиях по дав­ лению, однако имеется всего немногим более д в а д ц а т и п у б л и - v каций по диффузии в условиях высоких давлений . Причиной это­ го является то обстоятельство, что и при обычных условиях ис­

ролируемых диффузией процессов. Чтобы охарактеризовать со­

Теоретические основы описания процесса диффузии при высо­ ком давлении. Наиболее общее уравнение диффузии D=f(T, Р) для описания зависимости коэффициента диффузии D от давле ­ ния Р и температуры Т было получено на основе термодинами ­ ческого рассмотрения процесса. Д л я температурной зависимости D уравнение имеет вид:

где AG — изменение свободной энергии процесса диффузии, ко­ торую необходимо затратить на перевод одного моля диффунди ­ рующих атомов из равновесного в активированное состояние; А — предэкспоненциальный множитель, который д л я кубиче-

определить величину активационного объема ДУ, которая, как будет показано ниже, является характеристикой механизма про­ цесса диффузии .

При вакансиоином механизме диффузии величина ДУ может рас­ сматриваться как объем моля вакансий, находящихся в движении. В этом случае он представляет собой сумму объема моля вакансий, находящихся в покое, ДУобр, и объема ДУд^нж Для моля вакансий, движущихся к активированному состоянию [1,3], т. е.

Величины ДУобр и АУдвиж определяются из экспериментов по за­ калке путем измерения избыточного электросопротивления по сравне­ нию с отожженным состоянием А/?. При быстрой закалке фикси­ руются в значительной мере вакансии, присутствующие при темпе­ ратуре закалки. Количество избыточных вакансий N пропорционально величине AR. Температурная зависимость jV определяется из данных AR/R Для давления Р и разных теператур Т по уравнению

Для определения АКобр и ДУдшїж нужно знать изменение соответ­ ствующих значений Л/вак от давления. Разница в значениях

ДгУобр и Д^/движ. полученных при высоком и нормальном давлениях, представляет собой эффект влияния давления на процесс диффузии в металлах и сплавах, а величина ДУ определяет его механизм.

Могут быть получены и другие в ы р а ж е н и я д л я величины ДУ. В частности, Нахтри б [4] из уравнения:

(где АЯ - — энерги я активации процесса диффузии при давлении) и полученного Кейсом уравнения [5]

(где у— константа Грюнайзена) получил:

ДУ =

Нахтриб вывел т а к ж е уравнение д л я расчета ДУ из данных, по­ лученных при температуре плавления в виде: