Диффузия в кристаллических телах

Ранее мы уже говорили об образовании вакансий и вне­дрении атомов в междоузлия, причем отмечали, что с повышением температуры их способность обменивать­ся местами увеличивается. Такие процессы обмена ме­стами очень важны как с точки зрения физики, так и техники. Процессы эти происходят по законам случай­ных блужданий атомов и такие смещения принято счи­тать не зависящими друг от друга. Они составляют ос­нову процессов диффузии, т. е. процессов на которых основаны промышленные методы термической и химико-термической обработки (науглероживание, азотирование, борирование, силицирование и др.), а также про­цессы спекания, коррозии и вообще скорости протека­ния многих реакций в твердых и жидких телах.

Основные законы диффузии были установлены А. Фиком, причем эти законы справедливы как для газооб­разной, так и для жидкой и твердой фаз.

Преобладающим механизмом, как самодиффузии, так и диффузии примесных атомов обычно является вакансионный. Элементарным актом диффузии в этом слу­чае является перескок атома в соседнюю вакансию и об­разование новой вакансии. Существует также межузельный механизм диффузии, когда атом перемещается пря­мо по междоузлиям. Этот механизм чаще всего прояв­ляется при диффузии примесей малых атомов, таких как углерод, азот, бор.

Скорость диффузии по указанным механизмам очень сильно зависит от температуры, поскольку с температу­рой сильно меняется концентрация точечных дефектов (как вакансий, так и межузельных атомов).

Температурная зависимость коэффициента диффузии D подчиняется экспоненциальному закону:

(5)

где D₀ – подэкспоненциальный множитель;

Q - энергия активации, ккал/(г^.атом);

R – универсальная газовая постоянная, 1,987 кал/(моль ^{. о}С);

Т – температура, К.

Очень важную роль играют механизмы диффузии по областям с неидеальной структурой решетки (вдоль дис­локаций, границ зерен, поверхностных неоднородностей структуры).

С диффузионными процессами перераспределения атомов в материалах связаны основные типы фазовых превращений (старение, упорядочение, эвтектоидный рас­пад и др.), которые будут рассмотрены в последующих главах.

Дата добавления: 2014-01-05