При температуре 500 "С коэффициент самодиффузии никеля, см2/с, в порошковом слое составляет 2,8* 10~8, никеля порошкового слоя в массивной меди — 10~8, массивного никеля в массивной меди — 2,3- Ю-16, порошковой мели в порошковом никеле — 10"", коэффициенты объемной и поверхностной самодиффузии в массивном никеле - соответственно 10"19 и 10~8.

Прямые измерения показали, что внутри промежуточного слоя скорость массообмена очень велика, и коэффициент самодиффузии никеля составляет 10 8 см2/с, что на несколько порядков превышает коэффициенты объемной и граничной диффузии в никеле и совпадает со скоростью поверхностной диффузии. Следовательно, миграция атомов никеля происходит непосредственно по разветвленной границе раздела поверхностей частиц порошка, минуя их объем. При этом коэффициент диффузии выше при наличии развитой сети поверхностей раздела, т. е. в порошковом слое.

Необычно велика скорость диффузии порошкового никеля в окружающей меди. В случае массивного никеля он проникает в медь на глубину, равную нескольким межатомным расстояниям, тогда как для никеля из слоя УДП глубина проникновения составляет сотни микрометров.

Никель из промежуточного слоя движется в массивной меди со столь же высокой скоростью, как и в самом порошке, — со скоростью поверхностной диффузии, т. е. изотоп перемещается в объеме меди по свободным поверхностям, что необычно для массивного материала.

В качестве одной из причин большой скорости диффузии М в Си можно указать значительный поток вакансий, направленный во время сварки из порошкового слоя в компактную медь и создающий в приконтактных слоях их повышенную концентрацию.

Одной из причин высокой скорости массообмена в УДП явля ется возникновение большой концентрации избыточных вакан сий в спекающемся порошке: диффузионная активность, как из вестно, зависит от уровня концентрации избыточных ваканси" Ее резкое кратковременное повышение наблюдали при усадке УД На некоторых этапах массообмен осуществляется за счет объем ной диффузии со скоростью, присущей веществу при предпла-вильных температурах, и для его описания можно использовать неравновесный коэффициент диффузии.

В нестабильной структуре диффузионный массообмен происходит в условиях непрерывного перемещения границ раздела в никелевом порошке. При его спекании размер частиц непрерывно увеличивается, происходит собирательная рекристаллизация, обеспечивающая уменьшение избыточной поверхностной энергии. Именно движущиеся границы в ультрадисперсных системах могут обусловливать большие скорости массообмена и интенсивную диффузию при низких температурах.

Очевидно, что измеренный коэффициент диффузии характеризует диффузионную подвижность атомов при разных структурных состояниях промежуточного слоя в процессе сварки: от высокопористого, проницаемого, до хорошо спеченного. Поэтому измеренная скорость массообмена является суммарной для нескольких значений скоростей.

Коэффициенты диффузии при всех исследованных режимах сварки имеют близкие значения и характеризуют, очевидно, поздние стадии процесса, когда структурное состояние порошковой ленты относительно стабильно. Ее усадка практически прекращается, пористость остается неизменной, и, следовательно, скорости массопереноса на этих стадиях одинаковы.

Известные механизмы массообмена не объясняют его высокую скорость в ультрадисперсных системах. В никелевой порошковой ленте она, несомненно, обусловлена тем, что массообмен происходит в условиях непрерывной усадки материала при одновременном воздействии температуры и деформации. Причем скорость усадки порошковой ленты очень велика на ранних стадиях спекания ( = 5. 15 мин) и существенно замедляется на поздних ( = = 20.30 мин).

Высокие скорости массообмена в промежуточном слое обеспечивают его быстрое спекание с контактными поверхностями и предопределяют качество сварного соединения на ранних стадиях. Последующее быстрое проникновение никеля через контактную поверхность в медь приводит к образованию переходного слоя в виде твердых растворов.

На ранних стадиях уплотнение носит не диффузионный характер, а происходит вследствие перемещения и проскальзывания частиц по границам между ними. В ультрадисперсных структурах такое перемещение частиц — наиболее важный механизм пластической деформации. В результате самосогласованного проскальзывания, т. е. перемещения частиц без изменения их формы, с взаимной подстройкой контактной поверхности, происходит уплотнение порошка и одновременный рост пор. Проскальзывание развивается в высокопористом материале, где размеры пор близки к размеру частиц или превышают его, как в данном случае.

Кривая распределения диффузионной активности имеет сложную форму: она несимметрична и характеризуется двумя максимумами. Концентрация ''ТЖ уменьшается не плавно, а скачкообразно возрастает (см. рис. 3.18, пик 2) на некотором расстоянии от Контактной поверхности. Это означает, что скорость перемещения изотопа никеля значительно возрастает после прохождения Через промежуточный слой, в результате чего и возникает первый максимум.

Второй максимум образуется возле противоположной сварива-£мой медной пластины, т.е. диффундирующий никель накаплива-

97