Спекающие добавки, вводимые в керамику на основе y2o3

Добавка	Молярная доля добавки, %	Результат взаимодействия по диаграммам состояния
ThO2	2 – 15	Твердый раствор
HfO2	2 – 15	Твердый раствор
ZrO2	2 – 15	Твердый раствор
BeO	0,01 – 0,80	Твердый раствор
Lu2O3	20 – 35	Твердый раствор
La2O3	6 – 14	Твердый раствор
Gd2O3	20 – 30	Твердый раствор
Sc2O3 – HfO2	20 – 30	Твердый раствор
MgO	0,1 – 5	Твердый раствор
TiO2	0,05 – 0,5	Соединение Y2TiO5

сравнению с равновесной ξ₀, характерной для беспористой области. Повышенная концентрация вакансий в пористой области поддерживается наличием множества искривленных поверхностей пор. Очевидно, величина ξ сложным образом зависит от числа и распределения пор по размерам. В связи с тем, что ξ > ξ₀, через поверхность, внутри которой заключена пористая область, будет наблюдаться направленный поток вакансий.

Избыточные вакансии, пришедшие в беспористую область, конденсируются на неоднородностях, вследствие чего в беспористой области зарождаются и растут поры, что формально может быть описано как смещение границы пористой области в сторону, свободную от пор.

Величина обсуждаемого потока по мере образования пор в беспористой области будет убывать. Полагая, что поток j определяется градиентом концентрации вакансий, усредненной по объему в пористой и беспористой области, легко получить оценку:

, (4.31)

где L – характерное расстояние между областями;

n_п,n_б, R_п, R_б — количество пор в единице объема и их радиус в пористой и беспористой областях, соответственно.

Поток прекратится, когда плотность пор в беспористой области будет

(4.32)

Необходимо подчеркнуть следующие особенности описанного явления:

а) в беспористой области новые поры возникают только на границах различного рода неоднородностей (микротрещинки, границы зерен, инородные включения и др.), где зарождение пор облегчено;

б) новые поры возникают на расстоянии от пор в пористой области, существенно превосходящем радиус пор (L >> R), вследствие чего диффузионные поля пор в различных областях являются практически невзаимодействующими.

В пористой области происходит диффузионная коалесценция пор, которая сопровождается потерей части суммарного объема пор вследствие потока вакансий в беспористую область (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Распределение пор по размерам в исходной пористой области

Экспериментально показано, что существенную роль в расширении пористой области играют искажения решетки. Это обстоятельство связано с тем, что дефекты способствуют ускорению залечивания пор и, следовательно, проявлению эффекта.

Следует обратить внимание на родственность эффекта появления пор в беспористой области с эффектом появления диффузионной пористости при диффузии взаимно-растворимых веществ, с тем существенным отличием, что в случае взаимной диффузии направленный поток вакансий через границу двух различных металлов происходит вследствие разности парциальных коэффициентов диффузии, тогда как в рассматриваемом случае контакта двух одинаковых материалов (пористая и беспористая области) он поддерживается наличием пор. Эффект расширения пористой области от процесса возникновения пористости по одну сторону границы между двумя взаимно диффундирующими веществами отличается также и тем, что расширение пористой области не может сопровождаться увеличением объема образца. На далекой стадии процесса может иметь место уменьшение объема образца (спекание), когда диффундирующие вакансии достигнут внешней границы области, ранее свободной от пор.

Рис. 4.8. Схематическое изображение: эффекта Киркендалла (а), эффекта Френкеля (б) и эффекта расширения локализованной пористой области (в)

Рис. 4.8 иллюстрирует общность и отличие описываемого эффекта, эффекта Киркендалла (смещение границы между разнородными кристаллами вследствие неравенства парциальных коэффициентов диффузии) и эффекта Френкеля (появление диффузионной пористости в том из кристаллов диффузионной пары, коэффициент диффузии которого больше).