Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 1

Как ведут себя кристаллические вещества при нагревании? С этим вопросом, который кажется относительно простым только при поверхностном его рассмотрении, естественно, связаны многие особенности протекания реакций в смесях твердых веществ.

До сравнительно недавнего времени считали, что тепловое движение частиц твердого тела сводится к колебаниям атомов относительно их равновесных положений, обусловленных строением кристаллической решетки. Было известно, что амплитуда и частота этих колебаний зависят от температуры, но считалось, что при любой температуре, вплоть до плавления кристаллического тела, каждая его частица «привязана» к своей определенной (узловой) точке решетки. Это представление, будучи даже пополнено поправкой на тепловое расширение кристаллов, не согласовывалось с возможностью протекания процессов возгонки, растворения (образования твердых растворов) и взаимной диффузии твердых тел.

По Френкелю, эти необратимые перемещения сводятся к переходу атомов из исходного положения равновесия в новое положение равновесия в узлах или междуузлиях решетки, которые были до этого вакантными. Такие переходы, естественно,сопровождаются возникновением дефектов кристаллической решетки вакансий и междуузельных атомов, упоминавшихся выше. Возникновение и перемещение вакансий, как показал Френкель, всегда возможно и, более того, неизбежно; внедрение же атомов в промежутки между узлами может иметь существенное значение лишь при достаточно большом соотношении между размером междуузлия и радиусом атома [48].

В принципе вполне возможно последовательное перемещение частиц твердых тел по узлам решетки (из занятого в ближайший вакантный), по междуузлиям (из одного в другое, соседнее), а также по узлам и междуузлиям (из узла в соседнее междуузлие, и наоборот). Результатом подобного рода элементарных последовательных перемещений и является диффузия их в твердых телах, подробно рассмотренная ниже, и связанное с ней образование твердых растворов.

Пользуясь формулировкой Курнакова [71], твердыми растворами называют, как известно, кристаллические фазы, в которых соотношения между компонентами могут изменяться без нарушения однородности. Эти кристаллические фазы принято делить на три категории или натри типа: твердые растворы замещения, внедрения и вычитания.

В твердых растворах замещения атомы растворенного вещества замещают в кристаллической решетке атомы растворителя, распределяясь статистически между элементами А и В (рис. 13, а). При образовании твердого раствора замещения между химическими соединениями А В и АС, например NaCl и КС1, атомы (или ионы) компонентов размещаются, как показано на рис. 13, б. В относящихся к тому же типу сложных твердых растворах состава А, В, С, D атомы или ионы размещаются согласно схеме в и состава А, АВ (в растворах компонента А в химическом соединении АВ) — согласно схеме г рис. 13.

В твердых растворах внедрения атомы растворенного вещества располагаются в междуузлиях кристаллической решетки растворителя. Растворы этого типа часто образуются при растворении металлоидов с малыми атомными радиусами в металлах. К твердым растворам внедрения относятся, например, аусте-нит — раствор углерода в γ-железе (рис. 14). Особенностью растворов внедрения является прочная связь между внедренными атомами и атомами растворителя, которая приводит к значительной твердости и тугоплавкости растворов этого типа. Таковы, например, карбиды вольфрама, молибдена, титана, ванадия, железа, нитриды железа, титана и др., играющие большую роль в современной металлургии.

Другие части:

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 1

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 2

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 3

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 4

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 5

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 6

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 7

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 8

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 9

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 10

Тепловое движение частиц твердого тела. Диффузия в твердых телах . Часть 11