пиент диффузии при невысоких
температурах, когда для получения такого слоя требуются месяцы? Здесь нет
никакого преувеличения. Например, коэффициент диффузии углерода в
железе при комнатной температуре порядка 1Сг17
см2/с, и перемещение атома углерода всего на одно межатомное
расстояние требует уже нескольких секунд. А при температуре 900—950 °С
насыщение пои верхности железа углеродом на глубину 1 мм (это очень
распространенный в технике процесс — цементация) происходит за
несколько часов. Понятно, что все дело в величине коэффициента
диффузии, который при 900 °С составляет примерно 10"' см2/с, т.
е. на 10 порядков больше, чем при комнатной температуре (экспонента!).
Скорость диффузии при этом увеличивается, соответственно, на 5
порядков.
Между тем параметры диффузии при
низких темпера-1 турах знать очень нужно. В частности, в железе и стали!
уже при комнатной температуре идут важные структурные изменения,
связанные с перемещениями атомов углерода на небольшие расстояния.
Так как же быть? На| помощь приходит уравнение Аррениуса. Поскольку О0\ и @ не зависят
от температуры, достаточно измерить £> при двух разных температурах (но
обе должны быть высокими, так как нужен достаточно толстый слой).
Тогда О1 =
О0е-С11ЬТ1 и О2 =
О0ег-(акТ*, и в этой системе
двух уравнений остается два неизвестных. Найдя О0 и <3, мы
можем методом экстраполяции вычислить коэффициент диффузии при любой
температуре.
Справедливость уравнения
Аррениуса многократно проверена экспериментально, но ведь все эти
эксперименты проведены в области достаточно высоких температур. i
Будет ли оно действовать и при низких температурах, правомерна
ли экстраполяция? Есть основания сомневаться в этом, по крайней мере,
в некоторых случаях. Например, в сильно деформированном металле при
низких температурах есть множество дефектов кристаллической
решетки (о них речь в следующей главе), которые могут сильно влиять на
диффузионную подвижность атомов. А при высоких температурах, необходимых
для диффузионного отжига, их число уменьшается в тысячи! раз, и мы
поневоле получаем искаженное представление! об их роли в диффузионных
процессах.
Так нельзя ли определить
коэффициент диффузии! непосредственно при низкой температуре, когда
самой!
