Припекание взаимно растворимых твердых тел

1. Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева

ПРИПЕКАНИЕ ВЗАИМНОРАСТВОРИМЫХ
ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Занятия третье

2. ПРИПЕКАНИЕ РАЗНОРОДНЫХ ТЕЛ

Взаимно – нерастворимые тела
Более сложный процесс:
1. самодиффузия, обусловливающая перенос
массы в область приконтактного перешейка,
2. диффузионное выравнивание концентраций
разноименных атомов (ионов) в пределах
образца.
Когда самодиффузия и взаимная
диффузия осуществляются с помощью
одного и того же механизма, оба
процесса взаимосвязаны.
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

3.

Взаимно – нерастворимые тела
Рост плоскости контакта между
А и В, имеющих поверхностные
энергии αА и αВ,
энергетически
целесообразен
при
условии, если граница А – В имеет
поверхностную энергию меньшую, чем
сумма поверхностных энергий двух
поверхностей веществ А и В, равных
по площади возникшей границе А – В и
исчезнувших при ее образовании
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

4.

Взаимно – нерастворимые тела
АВ А В
АВ А В
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

5.

Взаимно – нерастворимые тела
Первый этап: частица вещества В покроется слоем
атомов (ионов) сорта А
1
R0 2
Ds
Второй этап: увеличение контактной площади между A и
B, покрытой слоем A.
Кинетика близка к кинетике припекания однородных
сферических частиц, но в область перешейка будет
заполняться веществом от одной частицы
3
2
kT R
D A A
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

6.

Взаимно – нерастворимые тела
второй случай
Распределение вещества А и В в области перешейка - по границе,
имеющей форму участка сферы
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

7.

Взаимно – нерастворимые тела
A B AB
R0
r
1 1 A
PA A
rA x A rA
1 1
PB B B
rB x B rB
sin
A
sin
AB
sin
A
sin
B
sin
AB
2
A2 B2 AB
cos
2 B AB
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

8.

Взаимно – нерастворимые тела
Сравнивая случаи припекания вследствие
«обволакивания» и взаимного
«вдавливания» частиц, важно иметь в
виду, что процесс идет до тех пор, пока он
сопровождается уменьшением свободной
поверхностной энергии.
В первом случае это приводит к полному
слиянию, а во втором термодинамическая
целесообразность процесса
исчерпывается до достижения полного
слияния частиц
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

9.

Эффекты Киркендалла и Френкеля
D A > DB
dc A
j A DA
dx
dc B
j B DB
dx
dc B
dc A
( DA DB )
( DB DA )
dx
dx
~
D D A c B DB c A
cA
и
cB
c A cB 1
– мольные доли компонентов A и B
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

10. Эффекты Киркендалла и Френкеля

Схематическое изображение эффекта Киркендалла (б) и
эффекта Френкеля (в)
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

11. Эффекты Киркендалла и Френкеля

Суммарный объем пор
(в расчете на единичную поверхность контакта)
dc
Vn (t ) ( D A DB ) dt
dx x 0
0
t
1
dc
~ 1/ 2
dx x 0 2( Dt )
( D A DB ) 1 / 2
Vn (t )
t
~1/ 2
D
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

12. Эффекты Киркендалла и Френкеля

Эффекты Френкеля и Киркендалла, обусловленные
неравенством парциальных коэффициентов
гетеродиффузии, при вакансионном механизме диффузии
являются эффектами конкурирующими
Эффект обращения преимущественного потока вакансий –
одно из проявлении специфических особенностей процесса
диффузионной гомогенизации в объектах с развитой сеткой
границ между элементами структуры и свободных
поверхностей, граничащих с газовой фазой.
Эффект обращения может наблюдаться также и в связи с
изменением активности припекающихся частиц.
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

13. Взаимно-растворимые тела

При припекании одноименных твердых тел навстречу
потоку вакансий направлен поток атомов (ионов) одного
сорта.
При
этом
диффузионное
перемещение
осуществляется под влиянием градиента
концентрации
вакансии.
При припекании взаимно-растворимых тел диффузионное
перемещение осуществляется за счет взаимной диффузии и
самодиффузии.
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

14. Взаимно-растворимые тела

Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

15. Взаимно-растворимые тела

А.
Площадь контакта может возрастать медленнее,
чем в случае одноименных крупинок;
Б., В. DA>DB порообразованию в А может сопутствовать
появление наростов на веществе В и впадин на частице А,
расположенных вблизи приконтактной области симметрично
относительно линии, соединяющей их центры. Оба эти
явления объясняются неравенством встречных потоков атомов
сорта А и сорта В;
Г., Д. Поверхностная самодиффузия;
Е. Испарение - конденсация
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

16. Взаимно-растворимые тела

Пористость в диффузионной зоне и изменение формы сечения
проволок:
а – Сu-Рt (проволока); б – Со-Ni (проволока). Увеличение – 70x
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18

17. Взаимно-растворимые тела

Образование системы канавок в процессе
припекания железных и никелевых проволок.
Увеличение 300x. Т = 1100° С, t = 10 ч
Физическая химия спекания – ВО_04– 2017/18