По Г. В. Самсонову и др., изолированный атом азота, имеющий конфигурацию валентных электронов $2р3, благодаря в —» р-пере-ходу может приобретать в твердом теле вр^-конфигурацию, которая в нитриде переходных металлов преобразуется в очень стабильную «реконфигурацию с передачей одного электрона в коллективизированное состояние [124]. Поэтому при образовании нитрида переходного металла статистический вес нелокализованных электродов повышается, а стабильных конфигураций, образуемых локализованными электронами, относительно уменьшается. При контакте металла с его нитридом процессы схватывания (и последующей диффузии) должны привести к электронным обменам, повышающим статистический вес стабильных конфигураций и уменьшающим свободную энергию системы.

Например, все атомы карбонитрида бора (ВЫС) имеют высокий статистический вес стабильных «реконфигураций, поэтому добиться его соединения с металлом, по-видимому, невозможно, так как любой электронный обмен между ВМС и металлом приведет только к понижению статистического веса стабильных электронных конфигураций. В ВГ\ГС атом азота ер4 приобретает «реконфигурацию, отдавая один электрон бору с доведением его конфигурации из яр2 до ер3, а углерод с конфигурацией свободного атома в2р2 приобретает в кристалле 5р3-конфигурацию благодаря в —» р-переходу.

Уменьшение свободной энергии системы при схватывании за счет высвобождения поверхностной энергии 2Рп, вероятно, может перекрыть некоторое повышение энергии приграничных атомных слоев, вступивших в химическое взаимодействие. Трудности, встретившиеся при попытке сварки ВМС с металлами [124], могут быть связаны и с тем, что даже при температуре, близкой к Тплав металла, не удается создать активные центры на поверхности исключительно тугоплавкого карбонитрида бора.

Из изложенного следует, что по крайней мере для металлов процесс схватывания, как правило, сопровождается уменьшением свободной энергии системы и термодинамически выгоден. Однако принципиальная возможность схватывания тех или иных металлов еще не означает, что всегда можно получить их работоспособное сварное соединение. Из-за недостаточной технологической прочности, связанной с большими остаточными напряжениями, хрупкостью и другими причинами, соединение, полученное в результате схватывания, после изменения внешних условий (остывания, снятия давления) может разрушиться. Поэтому целесообразно разграничить два понятия — схватывание как процесс образования связи между твердыми телами, т. е. первичный акт сварки, и сварка как процесс получения прочного соединения.

Следует подчеркнуть, что для сварки в твердом состоянии металлов, кроме теории, исходящей из необходимости создания на соединяемых поверхностях активных центров, развиваемой 18----

II. Н. Рыкалиным, М. X. Шоршоровым, Ю. Л. Красулиным и др. [122] и поддерживаемой Г. Д. Никифоровым, В. В. Дьяченко, Б. Д. Орловым и др. [109], существует и точка зрения, по которой агомы металла, расположенные на идеально чистой поверхности, всегда обладают достаточной активностью для образования новых связей. По этим представлениям, поддерживаемым С. Б. Айнбин-дером [2], Ю. В. Грдиной и В. В. Неверовым [52] и ранее — автором [28], при сближении идеальных монокристаллов металлов с атомночистыми поверхностями и одинаковой ориентировкой кристаллографических осей (см. рис. 5, а) силы Ван дер Ваальса монотонно перейдут в межатомное притяжение. При этом сварка осуществится спонтанно и не потребует энергии активации. Однако при несовпадении кристаллографических осей и неровной поверхности, что соответствует реальным условиям, для осуществления сварки необходима некоторая активация поверхностных а юмов, обеспечивающая взаимную их подстройку (см. рис. 5, б) без обрыва существующих связей.

Таким образом, обе теории (первая, требующая и для металлов со (Дания активных центров с частичным обрывом связей, и вторая, '(опускающая в идеальном случае возможность образования новой межатомной связи без дополнительной активации), несмотря на принципиальное отличие их исходных положений, в конечном счесе дают близкие результаты. В дальнейшем мы будем исходить п ( теории, предусматривающей необходимость создания активных центров, как более общей и распространяющейся на сварку в твердой фазе любых кристаллических тел.

§ 3. КИНЕТИКА ПРОЦЕССА СХВАТЫВАНИЯ

Кинетика схватывания характеризуется изменением во времени прочности соединения", которая, в свою очередь, определяется количеством атомов, вступивших в химическое взаимодействие на соединяемых поверхностях. Результирующая скорость процесса п целом определяется скоростями двух его стадий: стадии образо-п.ншя физического контакта и стадии химического взаимодей-1 гний [122]. В ряде случаев должна учитываться и предварительная стадия очистки поверхности от окисных пленок. Физический контакт достигается пластической деформацией микровыступов на соединяемых поверхностях. Сглаживанию неровностей могут способствовать поверхностная диффузия и другие процессы, не связанные с действием внешних сил (т. е. процессы, близкие к протекающим при спекании без давления).

Особенности процесса выравнивания зависят от температуры, равномерности нагрева и других конкретных условий сварки, а также от свойств свариваемого материала и состояния его поверхности. Эти вопросы будут рассмотрены в последующих главах. Здесь ограничимся анализом кинетики второй стадии процесса —