Файл: Бокштейн, С. З. Диффузия и структура металлов.pdf

Детальный анализ методик последней группы дан в работе [156]. Они заключаются в измерении количества массы, перенесенной по поверхности. Причиной направ­ ленного перемещения атомов вдоль неровной поверх­ ности является сила F, возникающа я из-за градиента химического потенциала и., определяемого кривизной поверхности:

tio— число атомов на единице площади поверх­ ности.

В результате диффузионного потока происходит сглаживание рельефа поверхности, благодаря переносу

определения коэффициента поверхностной диффузии по

диффузии в материалах с большой упругостью п а р а эф­ фект сублимации может быть существенным. Значение его можно понизить, если отжиг проводить в атмосфере

152

различными методами — сглаживания одиночной цара ­ пины (1) и гофра (2), развития канавок термического травления (5) и спекания проволок (4). Совпадение результатов экспериментов удовлетворительное.

Рис. 64. Температурная зависимость коэффициента са­ модиффузии железа, полученная различными методами

-[7]

6 случае самодиффузии на поверхности сплава, пред­ ставляющего собой твердый раствор:

сплава.

Отмечена [156] возможность возникновения на по­ верхности твердого раствора кинетического эффекта — поверхностной диффузионной 'сегрегации: в процессе сглаживания царапины или развития канавки термиче­ ского травления из-за различия в парциальных коэффи -

153

циентах диффузии атомов разного сорта м о ж е т возник­ нуть направленный поток адатомов, в результате кото­ рого вершина царапины или канавки термического трав­ ления будет обогащаться атомами одного сорта.

ностной гетеродиффизии можно определить из темпера­ турной зависимости электродиффузионного потенциала, если принять, что эффективный з а р я д диффундирующего иона не зависит от температуры. Установлено, что энер­ гия активации диффузии олова по поверхности никеле-

154

вых порошков (спрессованных в пластинку с пористостью 45%) составляет 50,4 кдж/г-атом (12 000 кал/г-атом).

Поверхностная д и ф ф у з и я часто осложняется процес­ сами, протекающими параллельно (например, объемной диффузией в направлении, перпендикулярном к поверх­

Экспериментальное исследование поверхностной диффузии успешно осуществляется методом меченых атомов.

При решении задачи поверхностной диффузии следу­ ет учитывать параллельно протекающий отсос изотопа в объем. Он может быть равномерным, протекающим во всем объеме приповерхностного слоя, определяемым ко­ эффициентом объемной диффузии, и локальным, когда отсос происходит за счет поверхностных ловушек — вы­ ходов дислокаций, границ блоков и зерен, микротрещин и Др.

тде D — коэффициент объемной диффузии;

б— толщина слоя поверхностной диффузии;

С— концентрация изотопа вдоль оси у.

По углу наклона прямой lgC — у можно найти про­ изведение опово. Более точные приближения д а н ы в ра­ ботах Уиппла и Сузуоки.

Радиоизотопный метод изучения поверхностной д и ф ­ фузии рассмотрен в работе [і156]. Этим методом исследо­ вали поверхностную диффузию на моно- и поликристал­ лических образцах: N i 6 3 - * Си и €u6 4 -<-Cu. Изучали т а к ж е

155

анизотропию диффузии на кристаллографических повер­ хностях (111) и (100) образцов, вырезанных из монокри­

* В числителе значения Q n 0 D Д л я поверхности (100). в знаменателе — для (HI).

Результаты удовлетворительно согласуются с данны­ ми, полученными другими методами.

Авторы о б р а щ а ю т внимание на следующие обстоя­ тельства: анизотропия диффузии на поверхности (111) и (100) г.ц.к. металлов свидетельствует, что процесс про­ текает в тонком поверхностном слое, поскольку объем­ ная диффузия в кубических кристаллах мало зависит от кристаллографического направления; более высокие зна­ чения QnoB для плотноупакованной плоскости (111) по сравнению с плоскостью (100) объясняются более высо­ ким значением для этой плоскости поверхностного натя­ жения . Известно, например, что в кубическом кристалле

активации диффузии никеля в поликристаллической ме­ ди больше, чем в монокристаллической. П о аналогии с объемной диффузией следовало ожидать обратного эф­ фекта, учитывая влияние границ зерен на диффузию.

Анализ экспериментальных возможностей исследова­ ния поверхности и, в частности, поверхностной диффузии методом автоэмиссионного микроскопа сделан Соколь­ ской в работе [156]. И н ф о р м а ц и я , получаемая этим ме­ тодом, отличается высокой степенью достоверности и ло-

156