Выпуски УФМ »  Том 7, выпуск 1

Зернограничная диффузия и сегрегация в спеченных нанокристаллических материалах с иерархической структурой

С. В. Дивинский$^{1}$, С. М. Захаров$^{2}$, О. А. Шматко$^{2}$

$^1$Institut für Materialphysik, Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Str. 10, D-48149 Münster, Germany
$^2$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 08.11.2005. Скачать: PDF

Рассмотрены закономерности диффузии атомов компонентов, а также атомов сильносегрегирующей примеси в нанокристаллическом материале с иерархической структурой. Подобная структура характерна для материалов, изготовленных спеканием молотых порошков оксидов металлов, в результате которого наноразмерные зерна оказываются сгруппированными в агломераты микрометрового размера. В такого типа наноматериалах существует два разномасштабных типа внутренних поверхностей с различными диффузионными характеристиками: границы между нанозернами и между их агломератами, являющиеся элементами иерархической структуры материала. Проанализированы особенности зернограничной диффузии в такой иерархической структуре. Описаны кинетические режимы диффузии и приведены уравнения, позволяющие на основании экспериментальных данных определить параметры диффузионного переноса по обоим типам поверхностей раздела. Изучено сегрегационное поведение сильносегрегирующей примеси в нанокристаллическом сплаве $\gamma$-Fe–Ni. Показано, что скорость диффузионного массопереноса вдоль нанокристаллических границ в материале, полученном в процессе спекания, практически подобна таковой в крупнозернистом поликристалле того же состава. Границы между агломератами являются неравновесными поверхностями раздела, характеризуемыми коэффициентами диффузии, на порядки величин превосходящими таковые для нанокристаллических границ.

Ключевые слова: спекание, нанокристаллические материалы, иерархическая структура, сегрегация, зернограничная диффузия.

PACS: 8.35.Dv, 68.35.Fx, 68.43.Jk, 81.07.Wx, 81.20.Ev, 81.20.Wk, 81.65.Ps

Citation: S. V. Divinski, S. M. Zakharov, and O. A. Shmatko, Grain-Boundary Diffusion and Segregation in the Sintered Nanocrystalline Materials with Hierarchical Structure, Usp. Fiz. Met., 7, No. 1: 1—39 (2006) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.07.01.001

Цитированная литература (60)  
  1. Л. Н. Лариков, Металлофизика, 14, № 7: 3 (1992).
  2. Н. Gleiter, Zs. Metallkde, 86, No. 2: 78 (1995).
  3. Я. Е. Гегузин, Ю. С. Кагановский, Л. Н. Парицкая, ФММ, 54, № 1: 137 (1982).
  4. Л. Н. Парицкая, Порошковая металлургия, № 6: 28 (1984).
  5. J. Horváth, R. Birringer, and H.Gleiter, Solid State Communs, 62, No. 5: 319 (1987). Crossref
  6. H. J. Höfler, R. S. Averback, H. Hahn, and H. Gleiter, J. Appl. Phys., 74, No. 6: 3832 (1993). Crossref
  7. T. Surholt and Chr. Herzig, Acta mater., 45, No. 9: 3817 (1997).
  8. S. Divinski, M. Lohmann, and Chr. Herzig, Acta mater., 49, No. 2: 249 (2001).
  9. S. Divinski, M. Lohmann, and Chr. Herzig, Acta mater., 52, No. 12: 3973 (2004).
  10. Л. Н. Парицкая, Порошковая металлургия, № 11: 44 (1990).
  11. H. Gleiter, Physica status solidi, В172, No. 1: 41 (1992).
  12. С. М. Клоцман, ФММ, 75, № 4: 5 (1993).
  13. Л. Н. Лариков, Металлофиз. новейшие технол., 17, № 1: 3 (1995).
  14. J. C. Fisher, J. Appl. Phys., 22, No. 1: 74 (1951).
  15. P. Benoist and G. Martin, Thin Solid Films, 25, No. 1: 181(1975).
  16. D. Turnbull and R. E. Hoffman, Acta met., 2, No. 3: 419 (1954).
  17. R. E. Hoffman, Acta met., 4, No. 1: 97 (1956).
  18. L. G. Harrison, Trans. Faraday Soc., A57, No. 8: 1191 (1961).
  19. Б. С. Бокштейн, И. А. Магидсон, И. А. Светлов, ФММ, 6, № 6: 1040 (1958).
  20. H. C. Levine and C. J. McCallum, J. Appl. Phys., 31, No. 1: 595 (1960).
  21. T. Suzuoka, Trans. Jap. Inst. Metals, 2, No. 1: 25 (1961).
  22. E. W. Hart, Acta met., 5, No. 10: 597 (1957).
  23. R. T. P. Whipple, Phil. Mag., 45, No. 371: 1225 (1954).
  24. Ю. М. Мишин, Поверхность, № 6: 22 (1983).
  25. Ю. М. Мишин, Н. М. Разумовский, Поверхность, № 7: 5 (1983).
  26. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов (Ред. Ю. Р. Колобов и Р. З. Валиев) (Новосибирск: Наука: 2001).
  27. S. Herth, T. Michel, H. Tanimoto, M. Eggersmann, R. Dittmar, H.-E. Schaefer, W. Frank, and R.Würschum, Defects and Diffusion Forum, 194–199: 1199 (2001).
  28. S. Schumacher, R. Birringer, R. Strauss, and H. Gleiter, Acta met., 37, No. 9: 2485 (1989).
  29. T. Mütschele and R. Kirchheim, Scr. Met., 21, No. 2: 135 (1987). Crossref
  30. R. Kirchheim, T. Mütschele, W. Kieninger, H. Gleiter, R. Birringer, and T. D. Koblé, Mater. Sci. and Eng., 99: 457 (1988).
  31. H. J. Höfler, H. Hahn, and R. S. Averback, Defect and Diffusion Forum, 75: 195 (1991).
  32. Yu. R. Kolobov, G. P. Grabovetskaya, M. B. Ivanov, A. P. Zhilyaev, and R. Z. Valiev, Scr. Mater., 44, No. 6: 873 (2001).
  33. S. V. Divinski and L. N. Larikov, Defects and Diffusion Forum, 143–147: 1469 (1997).
  34. S. V. Divinski and L. N. Larikov, Met. Phys. Adv. Tech., 15, No. 6: 631 (1995).
  35. I. Kaur, Y. Mishin, and W. Gust, Fundamentals of Grain and Interphase Boundary Diffusion (Chichester: John Wiley: 1995).
  36. H. J. Höfler, R. S. Averback, and H. Gleiter, Phil. Mag. Letts., 68, No. 2: 99 (1993).
  37. H. J. Höfler (Ph. D. Thesis) (Saarbrücken: Uniwersität des Saarlandes: 1991).
  38. H. E. Schaefer, R. Würschum, R. Birringer et al., Physical Research (Ed. K. Henning) (Berlin: Akademie-Verlag: 1988)
  39. J. Horváth, Defects and Diffusion Forum, 66–69, Pt I: 207 (1989).
  40. R. Birringer, H. Gleiter, H.-R. Klein, and P Marquardt, Phys. Lett., А102, No. 8: 365 (1984). Crossref
  41. P. Knorr, J. G. Nam, and J. S. Lee, Metall. Mater. Trans., А31, No. 2: 503 (2000).
  42. S. V. Divinski, F. Hisker, Y.-S. Kang, J.-S. Lee, and Chr. Herzig, Z. Metallkd., 93, No. 4: 256 (2002).
  43. S. V. Divinski, F. Hisker, Y.-S. Kang, J.-S. Lee, and Chr. Herzig, Interface Science, 11, No. 1: 67 (2003).
  44. A. Atkinson and R. I. Taylor, Phil. Mag., А43, No. 4: 979 (1981). Crossref
  45. J. Sommer and Chr. Herzig, J. Appl. Phys., 72, No. 7: 2758 (1992). Crossref
  46. P. Gas, D. L. Beke, and J. Bernardini, Phil. Mag. Lett., 65, No. 3: 133 (1992). Crossref
  47. Y. Mishin, Chr. Herzig, J. Bernardini, and W. Gust, Int. Mater. Reviews, 42, No. 4: 155 (1997).
  48. Chr. Herzig and S. V. Divinski, Materials Transactions, 44: 14 (2003).
  49. S. V. Divinski, F. Hisker, Y.-S. Kang, J.-S. Lee, and Chr. Herzig, Acta Mater., 52, No. 3: 631 (2004).
  50. I. L. Balandin, B. S. Bokstein, V. K. Egorov, and V. Kurkin, Nanostr. Mater., 8, No. 1: 37 (1997).
  51. S. V. Divinski, F. Hisker, Y.-S. Kang, J.-S. Lee, and Chr. Herzig, Z. Metallkd., 93, No. 4: 265 (2002).
  52. T. Suzuoka, J. Phys. Soc. Jap., 19, No. 6: 839 (1964).
  53. S. V. Divinski, Defect Diffusion Forum, 156: 35 (1998).
  54. I. V. Belova and G. E. Murch, J. Phys. Chem. Solids, 64, No. 5: 873 (2003). Crossref
  55. S. V. Divinski, Y.-S. Kang, J.-S. Lee, and Chr. Herzig, Z. Metallkd., 94, No. 9: 949 (2003).
  56. Y.-S. Kang, J.-S. Lee, S. V. Divinski, and Chr. Herzig, Z. Metallkd., 95, No. 2: 76 (2004).
  57. M. Egersmann, S. Herth, O. Gutfleisch, and R. Würschum, Interface Sci., 9: 337 (2001).
  58. R. Würschum, S. Herth, and U. Brossmann, Advanced Engineering Materials, 5, No. 5: 365 (2003).
  59. R. Würschum, P. Faber, R. Dittmar, P. Scharwaechter, W. Frank, and H.-E. Schaefer, Phys. Rev. Lett., 79, No. 24: 4918 (1997). Crossref
  60. Y. Minamoto, S. Saji, K. Hirao, K. Ogawa, H. Araki, Y. Miyamoto, and T. Yamate, Mater. Trans. Jap. Inst. Metals (JIM), 37: 130 (1996).
Цитируется (1)
  1. L. V. Dekhtyaruk, I. Yu. Protsenko and A. M. Chornous, Usp. Fiz. Met. 8, 21 (2007).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»