Russian
Summary:Монография посвящена рассмотрению кинетики роста слоев химических соединений в твердых телах в гетерогенных системах, сформированных двумя твердыми телами либо твердым телом и жидкостью или газом. Объясняется, почему число слоев химических соединений растущих на стыке начальных фаз обычно намного меньше числа химических соединений на фазовой диаграмме бинарной системы при[⇒] заданных значениях температуры и давления. К примеру, среди восьми интерметаллических соединений, существующих в бинарной алюминий-циркониевой системе, лишь фаза ZrAl3 показала рост в качестве отдельного слоя на стыке Al–Zr во время изотермического отжига. В рамках физико-химического подхода ожидается, что в большинстве случаев число слоев смешения не должно превышать два, при этом главный фактор – появление дополнительных слоев, которые являются трещинами из-за теплового расширения и эффекта объема. Показано, что множество экспериментально наблюдаемых кинетических зависимостей толщины слоя (или массы) от времени могут иметь единую основу, базирующуюся на двух, едва ли не очевидных постулатах: (І) о суммации времени диффузии реагирующих компонентов и времени последующих химических трансформаций с их участием; (ІІ) о независимости элементарного поведения твердотелых химических реакций. Представленные примеры включают линейный рост Cu6Sn5 между Cu и Sn, параболический рост NiBi3 между Ni и Bi, линейно-параболический рост SiO2 между Si и оксигеном, асимптотический и паралинейный рост двух оксидов, синхронный параболический рост двух слоев Al3Mg2 и Al12Mg17 между Al и Mg, и двух слоев FeB и Fe2B между сплавом Fe–Cr и B. Обсуждены причины кинетической нестабильности слоев химических компонентов, которая со временем может привести к их постепенной деградации (исчезновению). Одним из примеров является реакционная система Ti–Ti3Al–TiAl–TiAl2–TiAl3–Al, со слоями Ti3Al, TiAl и TiAl2, исчезающими во время изотермического отжига при температуре ниже точки плавления алюминия. Данная нестабильность ни при каких обстоятельствах не связана с термодинамической стабильностью соединений при заданных температуре и давлении. Представлен сравнительный анализ кинетики роста одинаковых слоев смешения при различных реакционных парах состоящих из элемента А и элемента Б, и других химических соединений мультифазной бинарной системы. Предложены математические выражения связывающие скорость роста слоя в одной системе со скоростью роста в другой. Обсуждено формирование дуплексов в этих парах, при этом особое внимание уделено определению отношения разных слоев одного слоя, которые выглядят как слои от двух совершенно разных соединений. К примеру, слой FeSn между Fe и FeSn2 состоит из двух слоев с одинаковой толщиной, но разной формой частиц. Та же ситуация обстоит со слоем Co3O4 между CoO и оксигеном, и со многими другими соединениями. Было рассмотрено таяние в твердо-жидкостных, и испарение в твердо-газообразных системах, что сыграло важную роль в определении скорости роста слоев. Данные явления были приняты во внимание при рассмотрении уравнений, описывающих скорость роста слоя смешения в условиях одновременного таяния в ликвидной фазе или испарения в фазе газообразования. Были проведены вычисления для Fe2Al5, NiBi3, CoSn2 и других интерметаллических слоев, растущих на стыке твердо-жидкостной системы, которые показали, что теоретические уравнения подкрепляются результатами исследований. Проанализированы причины огромного отличия в значениях реакций, а также коэффициенты само-диффузии компонентов химических соединений. К примеру, в случае с Fe3-δO4, реакционно-дифузионный коэффициент на два порядка выше аналогичного для ионов железа. Для других соединений (Al2O3, Fe2Al5, Pd2Si, AlSb и т.д.) эта разница колеблется в пределах от 5 до 10 порядков величины. При нормализации концентрации вакансий до единого значения, значения коэффициентов реакции и само-диффузии становятся если не одинаковыми, то очень близкими по значению, как и должно быть с точки зрения физики. Эффект родных и новосформированных (индуцированных в реакции) вакансий на процесс роста слоев оказывается противоположным тому, что считается общепринятым. Разница в диффузивности компонентов в растущих слоях смешения зачастую связана (в литературе по физике и металлургии в особенности в отношении интерметаллидов) с эффектом Киркендалла. Однако во многих случаях данный факт не достаточно подкреплен с исторической и научной точек зрения. В частности, это является актуальным в случае формирования химических слоев смешения на стыке реагирующих соединений. Кратко показана нецелесообразность рассмотрения разности влияния различных компонентов на процесс роста слоев как проявление эффекта Киркендалла. Подано сравнение выводов следующих из рассмотрения явлений в рамках физико-химического и чисто диффузионного подходов, чтобы показать, что последний является ограниченным вариантом первого. Теоретические заключения дополнены графическим представлением экспериментальных данных o формировании интерметаллидов, силицидов, оксидов, солей и других химических соединений Reading audience:Книга адресована научным работникам, инженерам, аспирантам и студентам (тем, кто изучает данные дисциплины: неорганическая химия и химия твердых тел, физика металлов и физика твердого тела, материаловедение, коррозия металлов, металлургия и т. д.), изучающим процессы твердого тела и практическое их применение, включая твердотелый синтез и неорганические вещества, защитное покрытие, коррозию, сплавку непохожих металлов, сварку, пайку, электронные технологии тонких покрытий. Данная книга может быть использована теоретиками, экспериментаторами и технологами для удовлетворения своих профессиональных нужд.