Механизм образования монолитных соединений твердых тел

Пусть даны два одинаковых монокристалла с идеально гладкими поверхностями.

Рис.1. Механизм образования монолитных соединений

Казалось бы, что образование монолитного соединения из них возможно (рис.1,а) при любой температуре и без приложение внешней энергии. Для этого достаточно было бы сблизить их на расстояние соизмеримое с параметром кристаллической решетки Δ и тогда между сопряженными атомами возникают связи, границы исчезают и произойдет сварка. В действительности же для соединения поверхностей требуется затрат энергии из вне. Почему?

Дело в том, что внутри кристалла атом удерживается симметрично направлениям силам связи, а те, которые находятся по краям – неуравновешаны, так как отсутствует связь с одной стороны, что вызывает повышение энергии поверхностного слоя кристалла (рис.1,б).

Каждому устойчивому состоянию системы соответствует определенная минимальная энергия атома. Переход из одного состояния в другое возможен только при преодолении энергетического барьера, поэтому при перемещении атома внутри кристалла ему требуется W₀, а для выхода наружу W_n, причем W₀< W_n, следовательно для соединения двух монокристаллов в один необходимо приложить энергию из вне – тепловую. Эта энергия будет затрачиваться на преодоление сил отталкивания, возникающая между поверхностными атомами. Когда расстояние между ними будет равно межатомному расстоянию решетки кристалла, возникнут квантовые взаимодействия между поверхностными атомами (электронных оболочек атомов). После этого общая энергия системы начнет снижаться и появится выигрыш энергии, равный избыточной энергии поверхностных атомов кристаллов до их соединения. Эта энергия называется энергией активацией. Следовательно, сблизить атомы до их взаимодействия можно путем увеличения температуры. при которой происходит плавление.

Дата добавления: 2014-01-06