超高圧力を用いたチタンの異常拡散機構の解明

利用超高压阐明钛的反常扩散机制

基本信息

批准号：
05750597
负责人：
荒木秀樹
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750597/
关键词：
高圧力チタン異常拡散活性化体積フォノンソフニング

项目摘要

本研究では、立方体WCアンビル型高圧力発生装置を利用して、圧力0.1M〜3GPa、温度1223〜1773Kのさまざまな条件の下のbeta-Ti中のAlの不純物拡散係数を決定し、活性化エネルギと活性化体積を求め、beta-Ti中の異常拡散機構を考案した。本研究により以下のことが明らかになった。(1)常圧力(0.1MPa)下の不純物拡散係数のアレニウスプロットは、beta-Tiの自己拡散やその他の多くの金属原子の不純物拡散係数と同様に緩やかな上向きの曲がりを示した。(2)不純物拡散係数の圧力依存性から求められた活性化体積は、0.3V_Oであった。この大きさは通常の単空孔機構による体心立方晶(bcc)中の拡散の活性化体積の約半分に相当し、極めて小さい。(3)これらの実験結果を、単純な単空孔機構を用いては、説明することができない。(4)異常拡散は、基本的には通常のbcc金属の拡散と同様に、拡散原子が2つのサドルポイントを通り抜け、最隣接の空孔位置にジャンプすることによって起こっているが、しかし、低温になればなるほどフォノンが著しくソフニングしているために、拡散原子が最隣接位置に移動するのに要するエネルギーは小さくなり、低温において拡散は促進され、アレニウスプロットに上向きの曲がりが生じている。このとき、活性化体積DELTAVは、DELTAV=DELTAV^F_O+DELTAV^M_O(1-T_O/T)-(G^M_O/T)(∂T_O/∂P)と表される。ここで△V^F_0、DELTAV^M_Oはフォノンの影響が全く存在しないときの空孔の形成と移動の活性化体積である。これらの値は、通常のbcc金属中の空孔の形成と移動の活性化体積にそれぞれ等しく、DELTAV^F_O=0.4V_O、DELTAV^M_O=0.2V_Oである。G^M_Oは常圧力(0.1MPa)下における拡散係数の温度依存性から、G^M_O=193kJ/mol。∂T_O/∂P=14K/GPaとすれば、beta-Ti中のA1の拡散の極めて小さい活性化体積の値を説明することができる。この事はbeta-Ti中の異常拡散挙動はフォノンソフニングと密接な関係があることを示唆している。

在这项研究中，使用一种异常扩散机制来确定在0.1m至3GPA的压力下，AL在β-TI中的杂质扩散系数和1223至1773K的温度，并确定了激活能量和体积，并确定了Beta-TI中异常的扩散机制。这项研究揭示了以下内容：（1）在正常压力（0.1MPA）下杂质扩散系数的Arrhenius图显示出柔和的向上弯曲，类似于Beta-Ti的自扩散和许多其他金属原子的杂质扩散系数。（2）从杂质扩散系数的压力依赖性确定的激活体积为0.3V_O。这种大小对应于通常的单孔机构中以人体中心晶体（BCC）扩散的一半，并且非常小。（3）这些实验结果无法使用简单的单孔机制来解释。（4）异常扩散基本上是由于传播原子穿过两个鞍点并跳到最近相邻的空隙位置引起的，类似于正常的BCC金属扩散。但是，温度越低，声子越明显柔和，散布原子移动到最近的相邻位置所需的能量就越低，并且在低温下促进了扩散，从而导致Arrhenius图中的向上弯曲。目前，激活的卷Deltav表示为deltav = deltav^f_o+deltav^m_o（1-t_o/t） - （g^m_o/t）（∂t_o/∂p）。在这里，v^f_0和deltav^m_o是当不存在声子效应时空缺的形成和迁移的激活量。这些值分别等于正常BCC金属中空隙形成和迁移的激活体积分别等于deltav^f_o = 0.4V_O和deltav^m_o = 0.2V_O。 G^M_O = 193KJ/mol由于在正常压力下扩散系数的温度依赖性（0.1MPA）。如果∂t_o/∂p= 14k/gpa，则可以解释A1在beta-ti中的激活体积值。这表明β-TI中的异常扩散行为与声子软化密切相关。