Теоретические и экспериментальные исследования процессов диффузии в ZrO2

• Автор: Мамбетов, Алишер Камалович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 76 с.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение
Глава I. Кинетика и термодинамика диффузионных процессов в окислах металлов.
1.1. Механизмы диффузии
1.2. Коэффициент диффузии
1.3. Элементы математической теории диффузии
1.4. Диффузия в окислах
1.5. Дефектная структура окислов
1.6. Методы определения коэффициентов самодиффузии и коэффициент химический диффузии
1.7. Свойства 2гС>2
Г лава II. Определение коэффициентов диффузии кислорода в двуокиси циркония методом изотопного обмена.
2.1. Методические и аппаратурные аспекты определения коэффициента самодиффузии кислорода в окислах металлов методом изотопного обмена
2.1.1. Механизмы и кинетика изотопного обмена кислорода газовой фазы с кислородом окисла
2.1.2. Методы расчета коэффициентов самодиффузии кислорода
2.1.3. Аппаратурное оформление метода изотопного
обмена
2.2. Экспериментальное определение коэффициента самодиффузии кислорода в Zr02
2.2.1. Характеристика образцов
2.2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение
Глава III. Определение коэффициента химической диффузии в 2гС>2
3.1. Метод расчета коэффициентов химической диффузии по гравиметрическим данным процесса окисления образцов различной правильной геометрической
формы
3.2. Экспериментальное определение коэффициентов
химической диффузии в Zr02 гравиметрическим методом при различных парциальных давлениях кислорода.
3.2.1. Экспериментальная установка
3.2.2. Характеристика образцов
3.2.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
4. ВЫВОДЫ
5. ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы:
Диффузионный перенос в твердых телах является основной и составной частью многих технологических процессов, обслуживающих развитие таких наукоёмких отраслей техники, как твердотельную электронику, космонавтику, и атомную энергетику. Материалы используемые в этих отраслях, должны испытывать минимальные изменения в эксплуатационных условиях с течением времени, и сами изменения зачастую обусловлены диффузионными процессами, протекающими в этих материалах.
Теоретические и экспериментальные исследования диффузии позволяют получить информацию по фундаментальным вопросам физики твердых тел, связанных с дефектной структурой и механизмами миграций атомов в реальных кристаллах. Огромное число исследований, относящихся к диффузии в кристаллах можно условно разделить на три группы:
1) разработка методов измерения и измерение коэффициентов диффузии в различных системах.
2) развитие теории диффузии, как в феноменологическом аспекте, так и с учетом атомного строения вещества.
3) изучение и анализ различных диффузионных
процессов[1,2,3,4,5,6,7].
Следует отметить, что группы исследований взаимосвязаны и взаимозависимы.
Составной частью второй группы является развитие
математической теории процессов переноса [8,9,10,11,12]. Развитие математической теории диффузионных процессов приобретает важное значение в связи с более широким использованием моделирования процессов и технологий в самых разнообразных областях современный науки и техники. Представляется
необходимым и расширение классов конкретных диффузионных задач, решение которых доведено до вида, удобного для применения в инженерных расчетах и занимающих минимум машинного времени. В этом плане, часто преимущество аналитических решений неоспоримо.
Выбор в качестве объекта исследования двуокиси циркония связан с тем, что Ъг является одним из основных конструкционных материалов, используемых в атомной энергетике. В процессе эксплуатации, например, в тепловыделяющих элементах, цирконий

а = — (2-16)

и предполагают постоянной средней величиной внутри выбранного интервала концентраций. Тогда с помощью такого дифференциального метода уравнения (2-10)-(2-15) могут быть использованы, так как граничные условия не изменяются. Но в этом случае W- количества сорбированной примеси во время t=0, т.е. избыток над равновесной концентрацией С; и т.д. в каждом шаге.
Когда сорбат представляет собой чистый газ или пар, G измеряется с помощью давления Р. В этом случае Р} исходное давление, при t=0 Р 2 и при t=oo- Рсо. Из этого следует что
W Р-Роо 1—— =
W0 р2-р™
Я = Ро° Р1 (2-18)
Р2-Роэ
"Дифференциальное" использование метода постоянного
объема особенно продуктивно в отношении применения к газам, т.к.
получение сорбционных изотерм обычно проводится по стадиями.
Единственное изменение в методике, это сохранение временной
записи давлений на каждой ступени. При этом надо быть
уверенным, что ступени достаточно малы, так чтобы можно было
пренебречь изменениями Б и а в пределах каждой ступени. Когда
Рсо достигается в пределах одной из ступеней, то оно служит Р1
для следующей ступени. Таким образом, используя уравнения
(2-10), (2-12) и (2-14) можно построить зависимость

1 от й!/й или В1 / Ь для каждого значения А.

В случае сорбции изотопа О из хорошо перемешиваемой обогащенной газовой смеси изотопов кислорода, процесс

установления равновесной поверхностной концентрации О можно считать достаточно быстрым, по сравнению с процессом диффузии изотопа в кристаллической решетки, т.е. а=сош1:. Тогда кинетика изменения поверхностной концентрации будет определяться кинетикой изменения изотопного состава газовой фазы, определяемой масс-спектрометрическим анализом. В этих