2.5 Контрольные вопросы

1. В чем заключается суть эффекта Киркендалла?

2. К чему в проведенном эксперименте приводит разность коэффициентов диффузии компонентов А и В?

3. В чем заключается эффект Френкеля?

4. Какие приборы и принадлежности используют при выполнении лабораторной работы?

5. Какие механизмы диффузии вы знаете?

Рассмотрим теперь процесс химической диффузии в бинарных твердых растворах замещения, например, в металлических сплавах, где атомы сосуществующих компонентов размещаются в узлах общей подрешетки. В бинарных твердых растворах замещения градиент концентрации одного из компонентов неизбежно связан с противоположно направленным градиентом концентрации другого. Поэтому в диффузионном процессе участвуют атомы обоих компонентов, причем их потоки направлены навстречу друг другу. Атомы А диффундируют в область более богатую атомами В, а атомы В – в область, обогащенную атомами А. Такой тип встречной химической диффузии атомов двух сортов называют взаимной диффузией.

Впервые различие потоков диффундирующих навстречу друг другу компонентов были обнаружены в 1947 г. Е. Киркендаллом. Схема эксперимента представлена на рис. 1.

Рис. 2.1 - Схема диффузионного эксперимента: 1 – пруток α – латуни; 2 – слой меди; 3 – молибденовая проволока.

Прямоугольный пруток α-латуни (содержащей 70 % Cu и 30 % Zn) обматывался тонкой молибденовой проволокой. Молибден не растворяется ни в меди, ни в латуни, поэтому проволока исполняла роль меток, фиксирующих положение поверхности латуни. Затем латунь покрывалась слоем чистой меди толщиной 0,25 см.

Сформированная система отжигалась 56 суток при температуре 1 058 К. Во время отжига через поверхность раздела латунь – медь, отмеченную молибденовыми проволочками, протекала встречная (взаимная) диффузия меди и цинка. После отжига измерялось расстояние d между проволочками. Оказалось, что оно уменьшалось в течение отжига. Очевидно, что сдвиг мог возникнуть только в случае, когда поток атомов цинка из латуни через плоскость раздела заметно превосходит поток атомов меди в обратном направлении.

Обнаруженный эффект, заключающийся в перемещении граничной плоскости, назван эффектом Киркендалла. Наблюдаемое явление состоит в том, что в области кристалла, обогащенной высокоподвижным компонентом, уменьшается общее число кристаллографических узлов, что приводит к уменьшению объема этой области.

Заметим, однако, что вследствие оттока высокоподвижных атомов могут образовываться вакансии (объем области, обогащенной высокоподвижным компонентом, при этом остается неизменным), которые в свою очередь коагулируют с образованием пор. Развитие такого рода пористости получило название эффекта Френкеля.

Таким образом, экспериментально наблюдаемыми величинами в этих опытах являются D_AB и скорость v перемещения меток. Зная из опыта эти величины, можно определить D_A и D_B, которые ещё называют парциальными коэффициентами диффузии.

При выводе соотношений

IV. Нанесение пленок вакуумтермическим методом из резистивного испарителя при помощи прибора УВН-2М-1.

Установка УВН-2М-1 предназначена для многослойного напыления из резистивных и электронно-лучевых испарителей. Установка состоит из корпуса установки, колпака, внутрикамерной оснастки, вакуумной системы, системы водоснабжения и электрооборудования.

Технологические параметры:

- вакуум 5·10^-5 мм рт. ст.

- ток резистивного испарителя 40 – 50 А

- температура подложки 250 °С

Измерение вакуума производится с помощью ионизационно-термопарного вакуумметра типа ВИТ-2, который предназначен для измерения давлений от 2·10^-1 мм рт. ст. до 1·10^-3 мм рт. ст.

Установка УВН-2М-1 предназначена для многослойного напыления из резистивных и электроннолучевых испарителей. Установка состоит из следующих частей:

Питание осуществляется от четырех проводной (с нулевым проводом) сети переменного тока 380 В.