Меню

Энергия активации самодиффузии меди

Флуктуации тепловой энергии, Образование вакансий и внедренных атомов в кристалле. Энергия активации самодиффузии и диффузии в металлах , страница 2

Формула (2) применима и к самодиффузии. Определить скорость самодиффузии экспериментально прямым путем до недавнего времени не удавалось. Однако с открытием искусственной радиоактивности положение существенно изменилось, так как оказалось возможным измерить скорость перемещения меченых атомов — радиоактивных изотопов того же самого элемента, вводимых в качестве примеси. Первое применение искусственно радиоактивных изотопов для указанных целей было осуществлено в Ленинграде А. Загрубским (1937), измерившим скорость самодиффузии в золоте. Искусственная радиоактивность создавалась путем облучения обычного золота нейтронами от радий-бериллиевого источника. Слой радиоактивного золота электролитически наносился на поверхность золотой пластинки. Скорость самодиффузии после прогрева при разных температурах определялась по уменьшению активности препарата.

Коэффициент самодиффузии золота

D, см 2 /сутки 2,3*10 -7 5,0.10 -7 1,4.10 -5

Опытные данные для коэффициента самодиффузии золота приводят к формуле

D =7,94*10 5 e 62900/ RT см 2 /сутки. (XV.4)

Работа активации самодиффузии Q = 62,9 ккал/моль составляет около 2 /3 полной энергии сублимации золота (L = 92,0 ккал/моль при комнатной температуре).

Энергия активации самодиффузии и диффузии в металлах

Энергии активации диффузии и самодиффузии для некоторых металлов приведены в табл. 69. Эти энергии для различных атомов при диффузии в одном и том же растворителе значительно отличаются. Чем больше химически различаются растворитель к диффундирующие атомы, тем энергии диффузии меньше. Наибольшие значения в соответствующих рядах имеют энергии самодиффузии. Эту закономерность можно объяснить тем, что при уменьшении химического различия атомов прочность связи атомов в решетке должна увеличиваться.

Углерод и азот в железе образуют твердый раствор внедрения. Диффузия этих атомов в решетке железа, проходящая с заметной скоростью, показывает возможность диффузионного перемещения атомов по междуузлиям. Скорость диффузии зависит от состояния материала (величины зерна, внутренних напряжений). Скорость диффузии тория в вольфраме заметно возрастает с уменьшением величины зерен вольфрама. Это показывает, что атомы

тория преимущественно диффундируют по границам кристаллов. Для диффузии цинка в меди зависимость скорости от величины зерна не наблюдается. Атомы цинка диффундируют как по границам, так и через кристаллы меди. Скорость диффузии цинка в меди существенно зависит от состава сплава. По мере увеличения концентрации цинка будут образовываться соединения промежуточного состава (фазы β, γ, ε). Вдоль диффузионного потока установится распределение фаз (рис. 252), соответствует диаграмме состояния медь — цинк.Скорость диффузии цинка в различных фазах различна.

Рис. 254. Распределение фаз в диффузионном потоке.

МЕХАНИЗМ ДИФФУЗИИ В КРИСТАЛЛАХ

Возможны различные перемещения атомов в кристаллической решетке. Для кристалла с идеальной ненарушенной структурой, при условии сохранения этой идеальной структуры, возможны два способа диффузии (рис. 253): а) одновременный обмен местами пары атомов 2 и 2 и б) кольцевая диффузия, когда одновременный обмен местами совершает большая группа атомов.

Рис. 253. Диффузия по механизму обмена атомов местами (обмен двух атомов, трех атомов и шести атомов)

На рис. 253 показаны примеры кольцевой диффузии для треугольника и шестиугольника. Для плотно упакованного шарового слоя группа из шести атомов образует правильный шестиугольник, приближающийся к кольцу. Одновременный обмен местами пары атомов в плотно упакованной структуре требует преодоления большого потенциального барьера, связанного с раздвижением соседних атомов. При групповом перемещении атомов в кольцевом механизме диффузии доля энергии потенциального барьера, приходящаяся на один атом, будет соответственно меньше, чем при обмене пары атомов местами. Однако эта энергия возрастает с увеличением числа атомов в кольце и вероятность осуществления такого процесса за счет флуктуационного накопления необходимой тепловой энергии резко падает.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309
Читайте также:  Сульфат меди два цвет

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Активации самодиффузии

где R — универсальная газовая постоянная; W0 — начальная энергия активации процесса разрушения напряжения при а = О, постоянная для данного материала в широкой области температур и не зависящая от обработки материала; (Wo — уа) -энергия активации разрушения (Wa> p); т0 — параметр, совпадающий по значению с периодом собственных тепловых; колебаний атомов в кристаллической решетке твердого тела (т0 = 10″12-:-10″4с), постоянный для всех материалов и не зависящий от обработки материала и условий нагрузки; у — характеристика чувствительности материала к напряжению; tp — наработка до отказа.

На рисунке 4.14, б представлены экспериментальные данные по зависимости энергии активации разрушения от напряжения для свинца при растяжении при контрастных условиях нагружсния:

должна быть связана с движением дислокаций в плоскости семейства (110)^, а следовательно, в этом случае можно считать, что эффективная энергия активации разрушения равна энергии активации движения дислокации в одной из плоскостей (110). Кроме того, должна существовать связь между эффективной энергией пластической деформации и пороговым значением коэффициента интенсивности напряжения KQ, отвечающим переходу к сколу. Опыты, проведенные на крупногабаритных образцах монокристаллов молибдена 15х12х(70-80) мм с трещинами-надрезами, нанесенными в различных кристаллографических направлениях, показали, что независимо от исходной ориентации трещины-надреза и оси кристалла, образцы разрушаются сколом по плоскостям только семейства (100).

где Z — постоянный коэффициент; U0 — начальная энергия активации разрушения; k — постоянная Болыгмана; С — параметр, характеризующий степень

шению, при котором напряжение безактивационного разрушения пропорционально энергии активации разрушения U?ax. Универсальность условия стабильности структурного состояния деформируемого материала при Uo=U^iax

Рисунок 4.32 — Параметрическая диаграмма длительной прочности [36] Точка С, отвечающая изменению ведущего механизма разрушения (при достижении ее начальная энергия активации разрушения скачкообразно изменяется с L] до L2), характеризует точку бифуркации. В этой связи следует придать фундаментальное значение параметрам LJ и L^ и пороговому напряжению ас, отвечающему точке С. Такой тип зависимости подтвержден массовыми экспериментами на стали различного уровня прочности, сплавах никеля, титана, алюминия, магния и др. Это позволило разработать систему критериального

Читайте также:  Чтобы медь не чернела

активации разрушения от LI до L2.

где А — постоянная, зависящая от вида материала; t/o — энергия активации разрушения при отсутствии напряжения; a — напряжение; у- структурно-чувствительный коэффициент; k — постоянная Больцма-на. Экспериментальные исследования большого числа полимеров, посвященные изучению температурно-временной зависимости прочности полимеров, показывают, что параметр (70 в уравнении Журкова не зависит от изменения молекулярной массы (длины макромолекул), ориентации макромолекул (технологии получения и вытяжки) и пластификации (введения пластификатора). Вместе с тем параметр у заметно изменяется во всех этих случаях. Согласно этим данным энергия активации разрушения нечувствительна к изменениям структуры и может характеризовать свойства полимерного материала в качестве

Наблюдающаяся устойчивость энергии активации разрушения U(> позволяет предполагать, что элементарными актами, приводящими к разрушению полимеров, являются термофлуктуационные разрывы напряженных химических связей в макромолекулах, и представить механизм разрушения твердых тел как термофлуктуационный процесс распада межатомных связей и возникновения первичных разрывов сплошности, субмикро- и микротрещин (39]. Наличие внешних нагрузок приводит к увеличению вероятности разрыва, придает направленность процессу и препятствует рекомбинации разорванных цепей. При этом слагаемое уо характеризует структурно-энергетическое состояние твердого тела, которое оно приобретает под действием внешних энергетических факторов.

В уравнении С. И. Журкова предэкспоненциальный множитель и параметр U0 имеют вполне определенный физический смысл: межатомные силы связи, определяющие энергию активации разрушения, отражает энергия сублимации — вполне определенная константа материала, а в уравнении (3.2) соответствующий коэффициент b представляет средневзвешенное значение эффективной (кажущейся) энергии активации процесса разрушения в пределах исследованных режимов службы металла.

Результатами многочисленных исследований установлено [57], что существует температурно-силовая область работы металла,, в которой в полной мере подтверждается кинетическая концепция процесса разрушения: энергия активации разрушения адекватна энергии сублимации, а предэкспоненциальный множитель уравнений (3.1) равен периоду тепловых колебаний атомов, т. е. два коэффициента уравнения (3.1) являются вполне определенными физическими константами материала.

Близость энергии активации миграции к энергии активации самодиффузионных процессов свидетельствует о том, что миграция границ контролируется направленным перемещением вакансий. Другими словами, движение границы представляет процесс обмена местами атомов и вакансий (рис. 13.13). По своему атомному механизму и энергии активации миграция занимает некоторое промежуточное положение между самодиффузией по границам и объему зерен. В случаях малоугловых и специальных большеугловых границ обмен местами атомов и вакансий происходит в малоискаженных приграничных зонах, поэтому энергия активации миграции границы будет близка к энергии активации объемной самодиффузии в решетке. По мере разориентации границы и увеличения степени искажения решеток в приграничных зонах доля энергии активации, связанная с образованием и перемещением вакансий, будет уменьшаться. Общая энергия активации миграции будет приближаться к энергии активации самодиффузии по границам. В соответствии с этим большеугловые границы более подвижны, чем малоугловые и специальные. В условиях неравномерного распределения температуры, например при сварке, отмечают, что наиболее интенсивная миграция границ происходит в направлении тепловых потоков. Это, вероятно, обусловлено направленным потоком вакансий от более нагретого к менее нагретому участку металла.

Читайте также:  Сколько килограмм меди в двигателе от холодильника бирюса

При отдыхе наиболее важный процесс — уменьшение избыточной концентрации вакансий (от Ст до Ct,p). Вакансии мигрируют к дислокациям, границам зерен и внешним поверхностям и там аннигилируют. Междоузельные атомы аннигилируют на краевых дислокациях и при встрече с вакансиями. Скорость отдыха зависит от энергии активации самодиффузии и температуры. При одинаковых относительно 7ПЛ температурах (так называемых гомологических) скорость отдыха

энергии активации движения вакансий (энергии активации самодиффузии). Следовательно, можно заключить, что в условии (2) контролирующим механизмом диссипации энергии является ползучесть. А. Н. Орловым и др. было показано, что в усло&иях сжатия энергия активации ползучести в широком интервале также близка к энергии активации самодиффузии.

Энергия связи между атомами в кристалле может быть оценена косвенно, но достаточно точно, по теплоте испарения L, величине коэффициента линейного расширения а, коэффициента сжимаемости к *, энергии активации самодиффузии Q (табл. 2). Чем больше энергия связи между атомами, тем выше температура плавления (имеются и исключения), меньше коэффициенты линейного расширения и сжимаемости металлов.

(28 100 кгс/мм2) в направ-лении [111]. Коэффициент линейного расширения теллура в направлении, перпендикулярном главной оси, равен 27,2-10″* 1/град, а параллельно главной оси равен — 1,6- 10″6 1/град, т. е. имеет отрицательный знак. Коэффициент самодиффузии висмута в направлении, перпендикулярном к ромбоэдрической оси, примерно в миллион раз больше, чем в параллельном направлении, а энергия активации самодиффузии соответственно составляет 588 и 130 кдж/моль (140 000 и 21 000 кал/моль).

Теоретические расчеты энергии активации самодиффузии меди по четырем указанным механизмам показывают, что при обменном механизме энергия активации Q = •= 1008 кдж/моль (240 ккал/моль), при механизме внедрения Q = 966 кдж/моль (230 ккал/моль), при вакансион-ном механизме Q = 269 кдж/моль (64 ккал/моль), при кольцевом механизме Q — 378 кдж/моль (90 ккал/моль).

Энергия активации самодиффузии меди по экспериментальным данным составляет 210 кдж/моль (50 ккал/моль).

Г. В. Самсонов во взглядах на природу образования покрытий из тугоплавких соединений на металлах и неметаллах исходит в основном из представлений о влиянии стабильных электронных конфигураций на формирование свойств твердого тела.1 Энергию активации самодиффузии автор связывает с возбуждением, необходимым для нарушения электронных конфигураций атомов металлов и неметаллов, которая возрастает при увеличении стабильности этих конфигураций, образуемых локализованными электронами и при уменьшении доли коллективизированных электронов. Рост энергетической стабильности d-состояний с увеличением главного квантового числа ведет к увеличению энергии активации самодиффузии. При одинаковой энергетической стабильности d-электронов величина энергии активации прямо-

Процесс образования силицида никеля в вакууме имеет три стадии. Вначале при температурах выше 1073 К никелевое покрытие разбивается на шарообразные частицы подобно тому, как уже было описано для усов сапфира с никелевым покрытием (разд. II, Г) и углеродных волокон с тем же покрытием (разд. III, В, 2). На второй стадии частицы никеля приобретают фасетчатую форму, причем особенно быстро это происходит в интервале температур 1173—’1373 К. Оценив время, необходимое для появления фасеток на частицах никеля при различных температурах, получаем из уравнения скорости реакции (разд. II, А,2) энергию активации 109 кДж/моль (рис. 22). Предполагается, что это — энергия активации самодиффузии в частицах никеля. На третьей стадии усы смачиваются никелем, и для этого процесса из уравнения скорости реакции получена энергия активации 310 кДж/моль (рис. 22). Эта величина меньше энергии активации диффузии никеля в углеродное волокно (461 кДж/моль), определенной в аналогичных условиях.

Определение кажущейся энергии активации процесса накопления повреждений, проведенное по кинетическим кривым изменений объемной доли микропор, на первой стадии отжига показало, что эта величина сопоставима с энергией активации самодиффузии а-железа и равна 272 кДж/моль.

Значения энергии активации образования (Еоб) и перемещения (Еп) дефектов; а также энергии активации самодиффузии (-Вд) меди,

Источник

Adblock
detector