Difúzní tečení - Diffusion creep

Difúzní tečení Odkazuje na deformace z krystalický pevné látky podle difúze z volná místa prostřednictvím jejich krystalová mříž.^[1] Výsledkem difuzního tečení je plastická deformace spíše než křehká porucha materiálu.

Difúzní tečení je citlivější na teplota než ostatní deformační mechanismy. Obvykle se koná vysoko homologní teploty (tj. přibližně do desetiny absolutní hodnoty tání teplota). Difúzní tečení je způsobeno migrací krystalické vady skrz mřížku krystalu tak, že když je krystal vystaven většímu stupni komprese v jednom směru vůči druhému, vady migrují na tváře krystalu ve směru komprese, což způsobí čistý přenos hmoty, který zkracuje krystal ve směru maximální komprese. Migrace defektů je částečně způsobena volnými místy, jejichž migrace se rovná čistému hromadnému transportu v opačném směru.

Zásada

Krystalické materiály nejsou v mikroskopické škále nikdy dokonalé. Některá místa atomů v krystalové mřížce mohou být obsazena bodové vady, jako jsou „cizí“ částice nebo volná místa. Na prázdná místa lze ve skutečnosti pohlížet jako na chemické druhy samotné (nebo jako součást složených druhů / složek), s nimiž lze potom zacházet pomocí heterogenních fázové rovnováhy. Počet volných míst může být také ovlivněn počtem chemických nečistot v krystalové mřížce, pokud takové nečistoty vyžadují, aby v mřížce existovala volná místa.

Prázdné místo se může pohybovat krystalovou strukturou, když sousední částice „skočí“ na prázdné místo, takže se toto volné místo ve skutečnosti pohybuje o jedno místo v krystalové mřížce. Chemické vazby během procesu je třeba rozbít a vytvořit nová pouta,^[2] proto jisté aktivační energie je potřeba. Přesunutí volného místa přes krystal se proto stává snadnějším, když teplota je vyšší.

Nejstabilnější stav bude, když budou všechna volná místa rovnoměrně rozložena krystalem. Tento princip vyplývá z Fickův zákon:

{displaystyle J_ {x} = - D_ {x} {frac {Delta C} {Delta x}}}

Ve kterém J_X znamená tok („tok“) volných pracovních míst ve směru X; D_X je konstantní pro materiál v tomto směru a ${displaystyle {Delta C} / {Delta x}}$ je rozdíl v koncentraci volných míst v tomto směru. Zákon je platný pro všechny hlavní směry v (X, y, z) -prostor, takže X ve vzorci lze vyměnit za y nebo z. Výsledkem bude, že budou rovnoměrně rozloženy po krystalu, což povede k nejvyššímu míchací entropie.

Když mechanické namáhání je aplikován na krystal, vytvoří se nová volná místa po stranách kolmých ke směru nejnižšího hlavní stres. Volná místa se začnou pohybovat ve směru křišťálových rovin kolmých na maximální napětí.^[3] Současná teorie tvrdí, že elastický kmen v sousedství defektu je menší směrem k ose největší diferenciální komprese a vytváří defektní chemikálii potenciální gradient (v závislosti na mřížkové deformaci) uvnitř krystalu, což vede k čisté akumulaci defektů na tvářích maximální komprese difúzí. Tok volných pracovních míst je stejný jako tok částic v opačném směru. To znamená, že krystalický materiál se může deformovat pod a diferenciální napětí tokem volných pracovních míst.

Vysoce mobilní chemické složky nahrazující jiné druhy v mřížce mohou také způsobit čistý diferenciální přenos hmoty (tj. Segregaci) chemických druhů uvnitř samotného krystalu, což často podporuje zkrácení reologicky obtížnější látka a zesílení deformace.

Druhy difúzního tečení

K šíření prázdných míst krystalem může dojít mnoha způsoby. Když se prázdná místa pohybují skrz krystal (ve vědách o materiálech často nazývaných „zrno“), nazývá se to Nabarro – sleď plazivý. Dalším způsobem, jak se mohou volná místa pohybovat, je hranice zrn, mechanismus zvaný Coble plazit.

Když se krystal deformuje difúzním plíživým pohybem, aby se přizpůsobily prostorovým problémům současně klouzání hranice zrna (pohyb celých zrn podél hranic zrn) tomu se říká granulovaný nebo superplastický tok.^[4] Difúzní tečení může být také simultánní s tlakový roztok. Tlakové řešení je, jako Coble creep, mechanismus, ve kterém se materiál pohybuje podél hranic zrn. Zatímco v Cobleově tečení se částice pohybují „suchou“ difúzí, v tlakovém roztoku se pohybují dovnitř řešení.

Zákony o toku

Každá plastická deformace materiálu může být popsána vzorcem, ve kterém rychlost deformace ( ${displaystyle {dot {epsilon}}}$ ) závisí na rozdílovém napětí (σ nebo σ_D), velikost zrna (d) a aktivační hodnota ve formě Arrheniova rovnice:^[5]

${displaystyle! {dot {epsilon}} = Ae ^ {frac {-Q} {RT}} {frac {sigma ^ {n}} {d ^ {m}}}}$

Ve kterém A je konstanta difúze, Q aktivační energie mechanismu, R the plynová konstanta a T the absolutní teplota (v kelvinů ). Exponenty n a m jsou hodnoty pro citlivost toku na napětí a velikost zrna. Hodnoty A, Q, n a m jsou různé pro každý deformační mechanismus. Pro difúzní tečení je hodnota n je obvykle kolem 1. Hodnota pro m se může pohybovat mezi 2 (Nabarro-Herring creep) a 3 (Coble creep). To znamená, že Cobleův creep je citlivější na velikost zrna materiálu: materiály s většími zrny se mohou Coble creepem deformovat méně snadno než materiály s malými zrny.

Stopy difuzního tečení

Je obtížné najít jasný důkaz v mikroskopickém měřítku pro difuzní tečení v krystalickém materiálu, protože jen málo struktur bylo identifikováno jako jednoznačný důkaz. Materiál, který byl deformován difúzním tečením, může mít zploštěná zrna (zrna s tzv tvarově upřednostňovaná orientace nebo SPO). Equidimensional zrna s ne orientace mřížky (nebo LPO) může být indikací pro superplastický tok.^[6] V materiálech, které byly deformovány při velmi vysokých teplotách, mohou být hranice lalokovitých zrn považovány za důkaz difúzního tečení.^[7]

Difúzní tečení je mechanismus, kterým se objem krystalů může zvyšovat. Větší velikosti zrn mohou být známkou toho, že difúzní tečení bylo účinnější v krystalickém materiálu.

Viz také

Reference

^ Passchier & Trouw 1998; p. 257
^ Twiss & Moores 2000, str. 391
^ Twiss & Moores 2000; p. 390-391
^ Twiss & Moores 2000, str. 394
^ Passchier & Trouw 1998; p. 54
^ Passchier & Trouw 1998; p. 42
^ Gower & Simpson 1992

Literatura

Gower, R.J.W. & Simpson, C .; 1992: Mobilita fázových hranic v přirozeně deformovaných, vysoce kvalitních kvartzofeldspatických horninách: důkazy o difúzním tečení, Journal of Structural Geology 14, str. 301-314.
Passchier, C.W. & Trouw, R.A.J., 1998: MikrotektonikaSpringer, ISBN 3-540-58713-6
Twiss, R.J. & Moores, E.M., 2000 (6. vydání): Strukturní geologie, W.H. Freeman & co, ISBN 0-7167-2252-6

[1] Passchier & Trouw 1998; p. 257

[2] Twiss & Moores 2000, str. 391

[3] Twiss & Moores 2000; p. 390-391

[4] Twiss & Moores 2000, str. 394

[5] Passchier & Trouw 1998; p. 54

[6] Passchier & Trouw 1998; p. 42

[7] Gower & Simpson 1992

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]