Миграция точечных дефектов

 

Миграция вакансий

 

Атомы, совершающие колебательное движение, непрерывно обмениваются энергией. Из-за хаотичности теплового движения энергия неравномерно распределена между разными атомами. В какой-то момент атом может получить от соседей такой избыток энергии, что он займет соседнее положение в решетке, если оно свободно. Так осуществляется миграция (перемещение) вакансий в объеме кристаллов.

Рис. 8.4. Перемещение атома на вакантное место в слое плотнейшей упаковки

 

Если один из атомов, окружающих вакансию, переместится в вакантный узел, то вакансия соответственно переместится на его место. Последовательные элементарные акты перемещения определенной вакансии осуществляются разными атомами. На рис. 8.4 показано, что в слое плотноупакованных шаров (атомов) для перемещения одного из шаров в вакантное место он должен несколько раздвинуть шары 1 и 2 (или должен сжаться сам). В г. ц. к. решетке для перемещения атома из центра передней грани в вакантный узел, находящийся в центре боковой грани, необходимо несколько раздвинуть четыре других атома, показанных на рис. 8.5 штриховкой и являющихся общими соседями, равноудаленными от вакантного узла. «Протискивание» между четырьмя соседями необходимо для перехода любого из атомов в вакантный узел в г. ц. к. решетке. Следовательно, для перехода из положения в узле, где энергия атома минимальна, в соседний вакантный узел, где энергия также минимальна, атом должен пройти через состояние с повышенной потенциальной энергией, преодолеть энергетический барьер (рис. 8.6).

 

Рис. 8.5. Перемещение атома в вакантный узел (v) в г. ц. к. решетке

 

Для этого и необходимо атому получить от соседей избыток энергии, который он теряет, «протискиваясь» в новое положение. Высота энергетического барьера Ем (см. рис. 8.6) называется энергией миграции вакансии, а точнее — энергией активации миграции вакансии. При передвижении атома в вакантный узел смещение соседних атомов невелико и энергия миграции вакансии относительно небольшая.



В г. ц. к. металлах перевальное положение, соответствующее максимуму свободной энергии, является серединой пути при смещении атома, движущегося к вакансии.

 

Рис. 8.6. Изменение энергии атома при перемещении его в вакантный узел

 

Частота перескоков в новое положение, совершаемых дефектом

в 1 сек. :

Г = v0 exp (Sм/k ) exp (-Eм/kT), (8.1)

где v0 — частота колебаний в направлении перевальной точки, т. е. «частота попыток» перехода в соседний узел (~1013 с-1); Sм и Ем — энтропия и энергия активации миграции вакансий.

В случаях, когда вакансионный механизм диффузии — главный, коэффициент самодиффузии пропорционален концентрации и подвижности вакансий, а энергия активации самодиффузии Ед равна сумме энергий образования и миграции вакансий:

 

Ед 0 + Ем. (8.2)

 

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Укажите, как делятся дефекты кристаллической решетки по геометрическим признакам.

2. Дайте определение коэффициента компактности упаковки. Укажите, чему он равен для типичных металлических решеток.

3. Зарисуйте тетраэдрические и октаэдрические пустоты в решетке Г.П.

4. Зарисуйте тетраэдрические и октаэдрические пустоты в решетке Г.Ц.К.

5. Зарисуйте тетраэдрические и октаэдрические пустоты в решетке О.Ц.К.

6. Объясните, что такое “ядро дефекта” и как изменяются поля напряжений вокруг вакансии и вокруг межузельного атома.

7. Объясните, с чем связана основная доля энергии образования точечного дефекта.

8. Запишите формулу, по которой рассчитывают изменение свободной энергии в кристалле при введении вакансий.

9. Объясните, почему невозможно точно рассчитать равновесную концентрацию точечных дефектов.

10. Определите, в чем отличие равновесной и неравновесной концентрации точечных дефектов.

11. Дайте понятие энергии активации миграции точечных дефектов.

12. Объясните механизм миграции гантельной конфигурации межузельного атома в ГЦК решетке.

13. Укажите, с помощью какого механизма мигрируют атомы примесей замещения, внедрения.

14. Объясните механизм образования вакансий по механизму Шоттки.

15. Объясните механизм образования вакансий по механизму Френкеля.

16. Укажите, что может являться стоками точечных дефектов.

17. Укажите возможности расчета равновесной концентрации дивакансий в кристалле.

18. Сравните по величине энергии миграции вакансии, дивакансии.

19. Объясните неподвижность тетраэдрического вакансионного комплекса.

20. Объясните, как определить равновесную концентрацию комплексов вакансия - примесный атом в случае разбавленных растворов замещения.

21. Укажите, какой из комплексов более подвижен “вакансия – примесный атом” или “атом растворенного элемента – вакансия”.

22. Объясните, какие вакансии называют примесными, а какие тепловыми.

23. Объясните, за счет чего возникает избыток вакансий при закалке (при резком охлаждении) металла.

24. Объясните, при каких условиях закалки более 50% вакансий превращаются в дивакансии и другие вакансионные комплексы.

25. Укажите, при каких условиях закалки вакансии способны объединяться в крупные стабильные комплексы (диски вакансий).

26. Объясните, что является стоками в пересыщенном вакансиями кристалле.

27. Объясните, что происходит с вакансиями при отжиге.

28. Объясните, как зависит концентрация вакансий от времени отжига.

29.Перечислите и кратко охарактеризуйте методы определения равновесной концентрации вакансий.

 






Дата добавления: 2018-03-20; просмотров: 242;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2019 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.006 сек.