230 likes | 684 Views
GLAVA 5: DIFUZIJA U ČVRSTIM TELIMA. PITANJA OD ZNAČAJA. • Zbog čega se javlja difuzija?. • Zašto je to bitan faktor za obradu materijala?. • Kako se brzina difuzije može predvideti u nekim jednostavnim slučajevima?. • Na koji način difuzija zavisi od strukture i temperature?.
E N D
GLAVA 5:DIFUZIJA U ČVRSTIM TELIMA PITANJA OD ZNAČAJA... • Zbog čega se javlja difuzija? • Zašto je to bitan faktor za obradu materijala? • Kako se brzina difuzije može predvideti u nekim jednostavnim slučajevima? • Na koji način difuzija zavisi od strukture i temperature? 1
PRIMER DIFUZIJE • Staklena cev ispunjena vodom. • U trenutku t = 0, dodati kapi mastila u jedan kraj cevi. • Posle nekog vremena, izmeriti difuziono rastojanje, x. • Uporediti rezultate sa teorijom. 2
DIFUZIJA: KAO FENOMEN (1) • Difuzija: U leguri atomi teže da migriraju iz oblasti sa velikom koncentracijom. Početno stanje Posle nekog vremena 3
DIFUZIJA: KAO FENOMEN (2) • Samodifuzija: Kod čistih osnovnih elemenata, atomi takođe migriraju. Neki označeni atomi Posle nekog vremena 4
DIFUZIONI MEHANIZMI Supstitucijska difuzija: • postoji kod supstitucionih uključaka • atomi se premeštaju u praznine • brzina zavisi od: --broja praznina --aktivacione energije za premeštanje. 5
SIMULACIJA DIFUZIJE • Simulacija difuzije preko granice: • Brzina supstitucione difuzije zavisi od: --koncentracije praznina --frekvencije premeštanja. 6
SIMULACIJA INTERSTICIJE • Postoji kod intersticijskih uključaka. • Mnogo je brža od difuzije praznina. • Simulacija: --pokazuje premeštanje manjeg atoma (sivo) od jednog intersticijskog položaja na drugi u KZC rešetki. Intersticijske lokacije ovde prikazane su na sredinama ivica jedinične rešetke. 7
OBRADA DIFUZIJOM (1) • Otvrdnjavanje površine: --Difuzija atoma ugljenika među atome osnove železa u površinskom sloju. --Primer intersticijske difuzije je površinski otvrdnut zupčanik. • Rezultat: površinski sloj se --teško deformiše: C atomi “sprečavaju" smicanje ravni. --teško lomi: C atomima je površina pritisnuta. 8
OBRADA DIFUZIJOM (2) • Dopiranje Silicijuma sa P kod n-tipa poluprovodnika: • Postupak: 1. Nanošenje P slojeva na površinu. 2. Zagrevanje. 3. Rezultat: Dopirane oblasti poluprovodnika. 9
MODELIRANJE DIFUZIJE: FLUKS • Fluks: • Komponente u pravcima • Fluks se može izmeriti za: --praznine --osnovne (A) atome --atome (B) uključaka 10
KONCENTRACIJE I FLUKS • Koncentracije, C(x): [kg/m3] • Prvi Fikov zakon: • Što je strmija promena koncentracije, to je veći fluks! 11
STACIONARNI SISTEM DIFUZIJE • Stacionarni sistem: profil koncentracije se ne menja sa vremenom. • Primena prvog Fikovog zakona: • Ako je Jx)levo = Jx)desno , onda je • Rezultat: nagib, dC/dx, mora biti konstantan (npr., nagib se ne menja sa promenom položaja)! 12
PRIMER: STACIONARNI SISTEM DIFUZIJE • Čelična ploča na 700°C sa datom geometrijom: • Pitanje: Koliko se ugljenika preseli sa bogate u siromašnu stranu? 13
NESTACIONARNI SISTEM DIFUZIJE • Koncentracija, C(x), se menja sa vremenom. • Održanje mase: • Prvi Fikov zakon: • Osnovna jedn.: 14
PR.: NESTACIONARNI SISTEM DIFUZIJE • Bakar difunduje u aluminijumski štap. • Opšte rešenje: "funkcije greške" Vrednosti su sračunate u Tabeli 5.1, Callister 6e. 15
PITANJE OBRADE • Bakar difunduje u aluminijumski štap. • 10 časova na 600°C postiže se zahtevana C(x). • Koliko časova je potrebno za dobijanje iste C(x) ako se obradi na 500°C? Uslov 1: C(x,t500°C) = C(x,t600°C). Uslov 2: U oba slučaja su jednake Co i Cs. • Rezultat: Dt bi moralo da ostane konstantno. Napomena: vred- nosti za D su ovde zadate. • Rešenje: 16
PRIMER DIFUZIJE: ANALIZA • Eksperiment: zabeležene su kombinacije t i x pri kojima C ostaje konstantno. = (konstanta) • Dubina difuzije je data sa: 17
PODACI ZA PRIMER DIFUZIJE • Eskperimentalni rezultat: x ~ t0,58 • Teorija predviđa x ~ t0,50 • Prihvatljivo slaganje! 18
DIFUZIJA I TEMPERATURA • Difuzija se povećava sa T. • Eksperimentalni podaci: D eksperimentalno zavisi od T Podsetnik: takođe i praznine! 19
ZAKLJUČAK:KRIST. REŠETKE I DIFUZIJA Difuzija je BRŽA kod... • otvorenih kristalnih rešetki • materijala sa nižom T topljenja • materijala sa sekundarnim vezama • manjih difuzionih atoma • katjona • materijala manje gustine Difuzija SPORIJA kod... • gusto pakovanih rešetki • materijala sa višom T topljenja • materiala sa kovalentnim vezama • većih difuzionih atoma • anjona • materijala veće gustine 20