GLAVA 5: DIFUZIJA U CVRSTIM TELIMA

1
GLAVA 5DIFUZIJA U CVRSTIM TELIMA
PITANJA OD ZNACAJA...
Zbog cega se javlja difuzija?
Zašto je to bitan faktor za obradu materijala?
Kako se brzina difuzije može predvideti u
nekim jednostavnim slucajevima?
Na koji nacin difuzija zavisi od strukture
i temperature?
1
2
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
3
DIFUZIJA KAO FENOMEN (1)
Difuzija U leguri atomi teže da migriraju
iz oblasti sa velikom koncentracijom.
Pocetno stanje
Posle nekog vremena
3
4
DIFUZIJA KAO FENOMEN (2)
Samodifuzija Kod cistih osnovnih elemenata,
atomi takode migriraju.
Neki oznaceni atomi
Posle nekog vremena
4
5
DIFUZIONI MEHANIZMI
Supstitucijska difuzija
postoji kod supstitucionih ukljucaka atomi
se premeštaju u praznine brzina zavisi od
--broja praznina --aktivacione energije za
premeštanje.
5
6
SIMULACIJA DIFUZIJE
Simulacija difuzije preko granice
Brzina supstitucione difuzije zavisi od
--koncentracije praznina --frekvencije
premeštanja.
6
7
SIMULACIJA INTERSTICIJE
Postoji kod intersticijskih ukljucaka.
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
jedinicne rešetke.
7
8
OBRADA DIFUZIJOM (1)
Otvrdnjavanje površine --Difuzija atoma
ugljenika medu atome osnove železa u
površinskom sloju. --Primer intersticijske
difuzije je površinski otvrdnut zupcanik.
Rezultat površinski sloj se --teško
deformiše C atomi sprecavaju" smicanje
ravni. --teško lomi C atomima je
površina pritisnuta.
8
9
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
10
MODELIRANJE DIFUZIJE FLUKS
Fluks
Komponente u pravcima
Fluks se može izmeriti za --praznine
--osnovne (A) atome --atome (B) ukljucaka
10
11
KONCENTRACIJE I FLUKS
Koncentracije, C(x) kg/m3
Prvi Fikov zakon
Što je strmija promena koncentracije, to je
veci fluks!
11
12
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
13
PRIMER STACIONARNI SISTEM DIFUZIJE
Celicna ploca na 700C sa datom
geometrijom
Pitanje Koliko se ugljenika preseli
sa bogate u siromašnu stranu?
13
14
NESTACIONARNI SISTEM DIFUZIJE
Koncentracija, C(x), se menja sa vremenom.
Održanje mase
Prvi Fikov zakon
Osnovna jedn.
14
15
PR. NESTACIONARNI SISTEM DIFUZIJE
Bakar difunduje u aluminijumski štap.
Opšte rešenje
"funkcije greške" Vrednosti su sracunate u Tabeli
5.1, Callister 6e.
15
16
PITANJE OBRADE
Bakar difunduje u aluminijumski štap. 10
casova na 600C postiže se zahtevana C(x).
Koliko casova je potrebno za dobijanje iste C(x)
ako se obradi na 500C?
Uslov 1 C(x,t500C) C(x,t600C). Uslov 2 U
oba slucaja su jednake Co i Cs.
Rezultat Dt bi moralo da ostane konstantno.
Napomena vred- nosti za D su ovde zadate.
Rešenje
16
17
PRIMER DIFUZIJE ANALIZA
Eksperiment zabeležene su kombinacije t i
x pri kojima C ostaje konstantno.
(konstanta)
Dubina difuzije je data sa
17
18
PODACI ZA PRIMER DIFUZIJE
Eskperimentalni rezultat x t0,58
Teorija predvida x t0,50 Prihvatljivo
slaganje!
18
19
DIFUZIJA I TEMPERATURA
Difuzija se povecava sa T.
Eksperimentalni podaci
D eksperimentalno zavisi od T Podsetnik takode
i praznine!
19
20
ZAKLJUCAKKRIST. 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 vecih
difuzionih atoma anjona materijala vece
gustine
20