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，我们利用立方WC砧型高压发生器测定了在压力0.1 M至3 GPa和温度1223至1773 K的各种条件下Al在β-Ti中的杂质扩散系数，并激活我们确定了能量和活化体积，并设计了β-Ti中的异常扩散机制。这项研究揭示了以下内容。 (1)常压(0.1 MPa)下杂质扩散系数的阿伦尼乌斯图呈现平缓的上升曲线，与β-Ti的自扩散和许多其他金属原子的杂质扩散系数相似。 (2)根据杂质扩散系数的压力依赖性计算出的活化体积为0.3V_O。由于正常的单孔机制，该尺寸相当于体心立方（BCC）晶体中扩散激活体积的大约一半，并且非常小。 (3) 这些实验结果不能用简单的单孔机制来解释。 (4)反常扩散基本上发生在扩散原子经过两个鞍点并跳跃到最近的空位位置时，与正常BCC金属的扩散类似，但在低温下随着温度降低，声子显着软化，因此。扩散原子移动到最近的邻居所需的能量变得更小，并且在较低温度下促进扩散，导致阿伦尼乌斯图向上弯曲。此时，激活体积DELTAV被表示为DELTAV=DELTAV^F_O+DELTAV^M_O(1-T_O/T)-(G^M_O/T)(∂T_O/∂P)。这里，△V^F_0和DELTAV^M_O是在没有任何声子影响的情况下空位形成和迁移的激活体积。这些值分别等于正常 bcc 金属中空位形成和迁移的活化体积，DELTAV^F_O=0.4V_O 和 DELTAV^M_O=0.2V_O。从常压（0.1MPa）下扩散系数的温度依赖性可知，G^M_O=193kJ/mol。如果∂T_O/∂P=14K/GPa，就可以解释A1在β-Ti中扩散的活化体积值极小。这表明β-Ti中的反常扩散行为与声子软化密切相关。