22. Фазовые превращения в бинарной системе при изотермической диффузии. Переходный эпитаксиальный слой.

7. Механизмы диффузии.

Схема возможных механизмов диффузии атомов в кристаллах

Основными механизмами перемещения атомов по кристаллу могут быть: прямой обмен атомов местами — а; кольцевой обмен — б; перемещение по междоузлиям — в; эстафетная диффузия — г; перемещение по вакансиям — д; диссоциативное перемещение — е; миграция по протяженным дефектам (дислокациям, дефектам упаковки, границам зерен).

Вакансионный механизм диффузии— заключается в миграции атомов по кристаллической решётке при помощи вакансий. В любом кристалле существуют вакансии — места в решетке без атомов (их иногда называют атомами пустоты). Атомы вокруг вакансии колеблются и, получив определенную энергию, один из этих атомов может перескочить на место вакансии и занять её место в решетке, в свою очередь оставив за собой вакансию. Так происходит перемещение по решетке атомов и вакансий, а значит и массоперенос.Энергия, необходимая для перемещения вакансии или атома по решетке, называется энергией активации.

Межузельный механизм диффузии— заключается в переносе вещества межузельными атомами. Диффузия по такому механизму происходит интенсивно, если в кристалле по каким-то причинам присутствует большое количество межузельных атомов и они легко перемещаются по решетке. Такой механизм диффузии предполагается, например, для азота в алмазе.

Прямой обмен атомов местами— заключается в том, что два соседних атома одним прыжком обмениваются местами в решетке кристалла.

23. Примеры использования диаграмм состояния бинарных систем.

Диаграмма состояния бинарной системыпозволяет судить о типе и составе отдельных фаз, устойчивых в системе при данных температурах и давлении. Изменяя температуру и давление, можно также изменять составы хг, х2 сосуществующих фаз.

Диаграммы состояния бинарных системизображают зависимость между тремя переменными: составом ( концентрацией одного из компонентов смеси), давлением и температурой. Соответственно, эта зависимость может быть представлена в пространственной системе координат. Построение полных диаграмм состояния бинарных систем сопряжено с большими экспериментальными трудностями и пока осуществлено для немногих систем.

Типичный вид диаграммы состояния бинарной системы с практически нерастворимыми компонентами : В области температур, лежащих выше границы abc, обе компоненты существуют в жидком состоянии, образуя расплав. В области abd в расплаве выделяются твердые образования компоненты А. В области bee из расплава выделяются твердые образования компоненты В.

Для чего используют диаграммы состояний бинарных систем.

Диаграмма состояния системы кремний - углерод при давлении 3 5 МПа ( 35 атм. Как следует из диаграммы состояния бинарной системы кремний - углерод ( рис. 23 - 1), карбид кремния не имеет конгруэнтной точки плавления при нормальном давлении. Заметное испарение с разложением материала начинается только при температуре выше 2000 С.

8. Влияние температуры на коэффициент диффузии.

На коэффициент диффузии влияет температура. Зависимость

коэффициента диффузии от температуры подчиняется закону Аррениуса:

D = D0 exp (- Q/RT),гдеQ – энергия активации процесса диффузии, которая и определяет

зависимость D(T); D0 – предэкспоненциальный фактор; R – газовая постоянная, равная 8,31мольКДж ;

T – абсолютная температура, К.

Обе величины Q иD0 не зависят от температуры и приведены в справочных данных. Графическая зависимость коэффициента диффузии от температуры представлена на рис. 2,а. После логарифмирования выражения получаем

LnD = lnD0 - Q/RT.

Графическая зависимость lnD от обратной температуры 1/Т выражается прямой линией (рис. 2,б), что делает удобным определение коэффициентов диффузии при разных температурах: достаточно экспериментально определить коэффициент диффузии при двух температурах.

Рис. 2. Влияние температуры на коэффициент диффузии

Коэффициент диффузии зависит от компактности кристаллической решетки. Это относится, прежде всего, к диффузии металлоидных атомов в металле. Как правило, с увеличением компактности решетки коэффициент диффузии уменьшается. Так, например, коэффициент диффузии азота в α-железе с ОЦК-решеткой при температуре 6000 С в 2*103 раз больше коэффициента

диффузии азота в γ- железе с ГЦК-решеткой.