Диффузия и кинетика межфазных взаимодействий в оксидных стеклах

• Автор: Свиридов, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 327 с. : ил.

Для строгого описания диффузии в многокомпонентных ионных системах, базирующегося на постулатах термодинамики необратимых процессов, необходим колоссальный массив экспериментальных данных определения транспортных и термодинамических характеристик в широком интервале сосгавов и температур Это ограничивает возможность его сколько нибудь широкого применения выражения для парциальных коэффициентов диффузии 1. Онзаера А 0. Вывод отого уравнения, приведен в работе академика М. М ульца . I . Учег условия элекгроиейтралыюсти 1. Подстановка 1. Ьа

то уравнение 1. АТ . Ж.ЙТЩ, 4

x гМГЛ 1п. Ь.Ы. Ь . Положим, что взаимодействие потоков отсутствует. При выражении концентрации в виде мольной доли

2 С. ЛЛхЬ. ЛГ. Выражение 1. Подставив 1. Учитывая, что , i i I С. ДС, i Г, i

Сравнение этого уравнения с выражением для первого закона Фика, нриводт к уравнению НернсгаПлаика 9. Аналогичные уравнения были получены в работах 1 литературе приведены и некоторые лрутне варианты уравнении, связывающих коэффициент взаимной диффузии с диффузионной подвижностью отдельных ионов , . К описанию процессов диффузии можно подойти с позиции статистической физики. Микроскопическая теория рассматривает диффузию как совокупность большою числа случайных скачков частиц и усредняет результат на все частицы . Для одновалентных катионов
1. Метод маеку. Следовательно, Я пг2 г л Г. Гг2. И2Хв. Информация о движении отдельных частиц, значениях среднего квадрата смешения, механизме и величине коэффициента диффузии, а также о структуре и термодинамических характеристиках системы может быть получена методом молекулярной динамики . Суть метола заключается в расчете макроскопических свойств ансамбля из частиц при усреднении соответствующих функции динамических переменных вдоль отрезков фазовых траекторий, найденных с помощью численного интегрирования классических уравнений движения частиц. Полинга. Численное интегрирование классических уравнений движения, с использованием 1 , позволяет для каждого момента времени рассчитать координаты частицы г и импульсы р,. Наряду с расчетами коэффициентов самодиффузии в стеклообразующих расплавах в последнее время опубликованы работы по компьютерному моделированию концентрационного распределения при химической диффузии в системах с тремя катионами 1. Метод молекулярной динамики является весьма перспективным методом моделирования структуры и свойств стсклообразующих расплавов. Основные ограничения метода, в настоящее время, связаны с недостаточной мощностью современных вычислительных машин, не позволяющими рассматривать ансамбли с числом частиц превышающим несколько тысяч, крайне малым временным интервалом, а также с проблемой поиска адекватного описания межчастичного взаимодействия, учитывающего ковалентный характер связен. При описании диффузии катионов в однощелочных стеклах, по аналогии с ионными кристаллами и металлами, используются два термина коэффициент само диффузии, который характеризует процесс диффузии ионов, входящих в состав стекла, и коэффициент гетеродиффузии, ОТНОСЯЩИЙСЯ к диффузии примесных ионов В связи с тем, что определение этих коэффициентов проводится с помощью микроколичесгв радиоактивных или стабильных изотопов, макроскопическим сосгав образцов не изменяется. Методы определения коэффициент само и гетеродиффуши Количественное описание процесса диффузии основано на определении распределения концсшрации диффундирующего вещества в исследуемом образне в зависимос и от времени и температуры диффузионного отжига При этом распределение концентрации определяют либо прямыми измерениями ее и различных частях образца с помощью химических или физических методов или же косвенным образом, основанным на изучении характера изменений некоторых физикохимических свойств, вызванных проникновением диффундирующем о вещества. Особенно широкое развитие получили методы, основанные на использовании радиоактивных индикаторов Суть метода заключается в том, что распределение концентрации диффундирующих частиц определяется по измеренной радиоактивности последовательно снятых с образца тонких слоев вешесва.