Эффекты Френкеля и Киркендала

Рассмотрим контакт двух твердых тел А и В разной природы. При нагреве возникает взаимная встречная диффузия атомов А в B-решетку и атомов В в A-решетку. В силу неравенства коэффициентов диффузии D_A→B≠D_B→A в каждый данный момент времени слева и справа от границы контакта оказываются неравные количест- ва диффундирующих атомов. Для определенности возьмем слу- чай D_A→B>D_B→A Тогда и N_A→B>N_B→A. Соответственно в кристалле А появляются незамещенные вакансии. Иными словами — в кристалле А действует источник вакансий. В кристалле В, наоборот, действует "источник" атомов B, пе- ретекающих в А. Слово "источник" применительно к атомам по понятным причинам взято в кавычки. Если бы в кристалле А источник уходящих вакансий действовал бы неограниченно, то приконтактная, диффузионная зона в А все больше и больше "заливалась" бы вакансиями вплоть до полного ис- чезновения из нее атомов А, т.е. до разрушения решетки. Но в действительности этого не происходит, и, следова- тельно, мы приходим к выводу о действии какого-то стока вакансий в А, ограничивающего увеличение концентрации ва- кансий. Аналогичные рассуждения приведут нас и к существованию стока для атомов А в части диффузионной зоны, расположен-ной в кристалле В. Разумеется, вакансии могут уходить на разные стоки. Одним из них являются поры и трещины, которые либо уже были в диффузионной зоне, либо образовались по механизму коагуляции, рассмотренному выше. Помимо этого вакансии могут поглощаться и дислокациями, если они есть в диффу- зионной зоне. Краевые дислокации, поглощающие вакансии на стороне А и поглощающие избыточные атомы на стороне Б, движутся в противоположных направлениях. В кристалле А они постепенно выходят из кристалла, а в кристалле В они постепенно появляются. Схематически этот эффект можно трактовать как переход дислокаций из А в В, что показано на рис. 6.10, т.е. из-за неравенства коэффициентов диффу- зии D_A→B и D_B→A происходит "переселение" атомных плос-костей из кристалла А в кристалл В. Таким образом, в контактной области проявляются два эффекта: рост пустот — эффект Френкеля1- и переход атомных плоскостей — эффект Киркендала. Экспериментально эффект Френкеля просто наблюдается в микроскоп в виде увеличения объема пор (они имеют разме- ры, доходящие до десятка микрометров) в процессе отжига образца, состоящего из контактирующих металлических слоев.

Опыт по наблюдению эффекта Киркендала, ставший классическим, состоит в фик- сации положения инертной метки С (см. рис. 6.11), расположенной на границе между кристаллами А и В. В качестве мет- ки берут проволочку из металла, не раст- воримого ни в А, ни в В. Эффект Киркендала состоит в "разборке" атомных плоскостей в А и их"строительстве" в В при нагреве образца, метка С смещается в сторону А, что и показано на рис. 6.11, б. В ряде опытов используют не одну проволочку-метку, а две, что повышает точность количественных измерений смещения ∆х в зависимости от времени и температуры отжига.

Дата добавления: 2015-08-20