Введение

Диффузионный ползучий процесс относится к деформации кристаллических твердых тел в результате диффузии вакансий через их кристаллическую решетку. Диффузионный ползучий эффект приводит к пластической деформации, а не к ломкому разрушению материала. Диффузионный ползучий процесс более чувствителен к температуре, чем другие механизмы деформации. Особенно актуально это становится при высоких гомологических температурах (т.е. в пределах примерно одной десятой от абсолютной температуры плавления). Диффузионный ползучий процесс вызван миграцией кристаллических дефектов через решетку кристалла таким образом, что когда кристалл подвергается большей степени сжатия в одном направлении относительно другого, дефекты мигрируют на кристаллические поверхности вдоль направления сжатия, вызывая чистую передачу массы, которая укорачивает кристалл в направлении максимального сжатия. Миграция дефектов частично связана с вакансиями, миграция которых равна чистой массе транспорта в противоположном направлении.

Принцип

Кристаллические материалы никогда не бывают совершенными в микромасштабе. Некоторые места атомов в кристаллической решетке могут быть заняты точечными дефектами, такими как "чужеродные" частицы или вакансии. Вакансии могут фактически рассматриваться как химические виды сами по себе (или часть соединения видов/компонентов), которые затем могут быть обработаны с использованием гетерогенных фазовых равновесий. На количество пустоты может также влиять количество химических примесей в кристаллической решетке, если такие примесеи требуют образования пустоты в решетке. Вакансия может перемещаться через кристаллическую структуру, когда соседняя частица "прыгает" в вакансию, так что вакансия перемещается по факту в одну точку кристаллической решетки. Химические связи должны быть разрушены и новые связи должны быть сформированы в процессе, поэтому необходима определенная энергия активации. Поэтому перемещение пустоты через кристалл становится легче, когда температура выше. Наиболее стабильным будет состояние, когда все вакансии будут равномерно распределены по кристаллу. Этот принцип следует из закона Фика: где Jx означает поток ("поток") вакансий в направлении x; Dx является константой для материала в этом направлении и является разницей в концентрации вакансий в этом направлении. Закон действителен для всех основных направлений в пространстве (x, y, z), поэтому х в формуле можно заменить на y или z. В результате они будут равномерно распределены по кристаллу, что приведет к наибольшей энтропии смешивания. Когда на кристалл воздействуют механические нагрузки, по бокам, перпендикулярным к направлению наименьшего основного нагрузки, создаются новые пустоты. Вакансии начнут двигаться в направлении кристаллических плоскостей перпендикулярно максимальному напряжению. Текущая теория утверждает, что упругое напряжение в районе дефекта меньше по направлению к оси наибольшей дифференциальной сжатия, создавая дефектный градиент химического потенциала (в зависимости от решетчатого напряжения) внутри кристалла, что приводит к чистому накоплению дефектов на поверхностях максимальной сжатия путем диффузии. Поток вакансий - это то же самое, что поток частиц в противоположном направлении. Это означает, что кристаллический материал может деформироваться при дифференциальном напряжении, в результате потока вакансий. Высокомобильные химические компоненты, замещающие другие виды в решетке, также могут вызывать чистый дифференциальный массовый перенос (т.е. сегрегацию) химических видов внутри самого кристалла, часто способствуя укорочению реологически более сложного вещества и усилению деформации.

Типы диффузионного ползания

Диффузия вакансий через кристалл может происходить несколькими способами. Когда вакансии перемещаются через кристалл (в материаловедении часто называют "зерном"), это называется прополкой Набарро-Геринга. Другой способ, которым вакансии могут перемещаться, - это вдоль границ зерна, механизм, называемый "крип Кобля". Когда кристалл деформируется диффузионным ползучим движением, чтобы устранить проблемы пространства от одновременного скольжения границы зерна (движение целых зерен вдоль границ зерна), это называется гранулярным или суперпластическим потоком. Диффузионный ползучий процесс может также происходить одновременно с давлением раствора. Раствор под давлением, как и коблевый ползучий механизм, при котором материал движется вдоль границ зерна. В то время как в кобле подползти частицы перемещаются "сухой" диффузией, в растворе под давлением они перемещаются в растворе.

Следы диффузионного ползания

Трудно найти четкие микромасштабные доказательства диффузионного ползания в кристаллическом материале, поскольку несколько структур были идентифицированы как определенные доказательства. Материал, который был деформирован диффузионным ползанием, может иметь сплющенные зерна (зерна с так называемой предпочтительной ориентацией формы или SPO). Равномерные зерна без предпочтительной ориентации решетки (или LPO) могут быть показателем потока суперпластиков. В материалах, которые были деформированы при очень высоких температурах, границы зерна лобатов могут быть приняты в качестве доказательства диффузионного ползания. Диффузионный ползучий механизм - это механизм, с помощью которого объем кристаллов может увеличиваться. Более крупные размеры зерен могут быть признаком того, что диффузионный ползучий процесс был более эффективным в кристаллическом материале.