Равновесные концентрации

входят Al, Ga, La, Се, О, С, N. Типичные равновесные диаграммы

Следует подчеркнуть, что равновесные диаграммы состояния не могут быть использованы для количественной оценки возможного действия данного элемента на горячеломкость сварного шва. Это объясняется двумя причинами: 1) в условиях сварки, ввиду большой скорости кристаллизации и развития внутри- и междендритной ликвации, фактический солидус сдвигается в сторону более низких содержаний данной примеси, а температура затвердевания эвтектики снижается; 2) двойная или даже тройная диаграмма может дать лишь общее представление о характере кристаллизации такой многокомпонентной системы как сварочная ванна. Вместе с тем, равновесные двойные и тройные диаграммы вполне пригодны для качественной оценки влияния той или иной примеси на стойкость сварных швов против образования горячих

В настоящее время имеются сведения о микроструктуре почти всех двойных и псевдобинарных никелевых и кобальтовых эвтектик, для которых известны равновесные диаграммы состояния. В обзоре Хогана и др. [20] систематизированы данные о микроструктуре и кристаллографических характеристиках более чем 150 эвтектических сплавов. Однако целесообразный отбор двойных и псевдобинарных эвтектик как возможного жаропрочного конструкционного материала не всегда легко осуществим.

Титан имеет две аллотропические модификации: cc-Ti (г. п. у.) и p-Ti (о. ц. к.). Для чистого титана температура полиморфного превращения а —>- р составляет 882 °С. На температуру полиморфного превращения и структуру сплавов большое влияние оказывают примеси и легирующие элементы. К группе а-стаби-лизаторов относятся Al, Ga, La, О, С, N, Zr, Hf. Обычно ex-стабилизаторы подразделяются на две подгруппы: образующие твердые растворы замещения и растворы внедрения. Типичные равновесные диаграммы состояния системы Ti — а-стабилизатор приведены на рис. 4.1. Все «-стабилизаторы обладают ограниченной растворимостью в обеих модификациях титана, что является причиной перетектоидного превращения р-твердого раствора с образованием либо упорядоченных фаз, либо оксидных и карбонатных соединений.

Рис. 4.1. Двойные равновесные диаграммы состояния различных типов;

На рис. 4.3 показаны равновесные диаграммы Е — рН системы TiH2—TiO—H.2O и Ti — ТЮ2—Н2О [4.1]. Границы устойчивости гидридов титана оказываются существенно положитель-нее области потенциалов термодинамической стабильности металлического титана. Таким образом, возникновение и устойчивое

Экспериментальное построение диаграмм состояния является весьма трудоемким процессом, требующим приготовления большого числа опытных сплавов. Однако при наличии необходимых термодинамических данных (с помощью правил геометрической термодинамики) можно построить равновесные диаграммы состояния.

4.2. Основные равновесные диаграммы состояния двойных сплавов

4.2. Основные равновесные диаграммы состояния двойных сплавов 91

4.2. Основные равновесные диаграммы состояния двойных сплавов

4.2. Основные равновесные диаграммы состояния двойных сплавов

Константу равновесия можно выражать и в других величинах, например молярных концентрациях (моль/л) и т. д. Используя значение константы равновесия, вычисленное по термодинамическим функциям или найденное экспериментально, можно определить равновесные концентрации.

При переходе диффундирующих атомов границы раздела двух фаз (например, из жидкой в твердую или наоборот) необходимо учитывать коэффициент распределения, так как равновесные концентрации в данном случае не будут равны между собой. Такой процесс называют гетеродиффузией.

Рис. 9.21. Равновесные концентрации СО в зависимости от температуры для реакции Белла — Будуара (р = const)

При изотермической выдержке при температурах гомогенизации на границах зерен и в зернах устанавливаются равновесные концентрации в соответствии со следующей зависимостью:

Молекулы получающихся в реакции веществ, сталкиваясь между собой, также могут вступать в реакцию, вновь образуя исходные вещества. Это — обратная реакция. В начале процесса, когда в системе имеются лишь исходные вещества, обратная реакция не идет. По мере увеличения концентраций продуктов прямой реакции влияние обратной может становиться ощутимым, и по истечении определенного (теоретически — бесконечного) времени скорости прямой и обратной реакций сравниваются. Наступает состояние химического равновесия. Равновесные концентрации компонентов могут быть рассчитаны термодинамическими методами.

Схема процесса ректификации изображена на рис. 5.4. Здесь в координатах t, линиями /7 и Ж показаны равновесные кривые пара и жидкости при давлении в генераторе рк. Ось координат направлена вниз по направлению возрастания температуры в ректификаторе. Точки пересечения кривых Я и Ж с любой изотермой (горизонтальной прямой) показывают равновесные концентрации пара и жидкости при данной температуре.

Равновесные концентрации КОН, NaOH, K2S04 и Na2SO4 в продуктах сгорания в зависимости от температуры при концен-28

Поскольку концентрация и время жизни носителей тока в данном полупроводниковом приборе специально контролируются в процессе его изготовления, то эти характеристики предопределяют конкретную область применения прибора. Отклонения от заданных условий работы приводят к изменениям рабочих характеристик прибора, а они в свою очередь могут повлиять на работу всей цепи, в которую он входит. Иначе говоря, электрические свойства полупроводников зависят от типа и количества нарушений в кристаллической решетке. Поэтому не удивительно, что высокоэнергетические частицы, вызывая образование структурных дефектов и ионизацию атомов при прохождении через кристаллическую решетку, резко изменяют электрические свойства полупроводников. Ниже мы будем рассматривать как дефекты любые отклонения от нормальной кристаллической решетки и, в частности, инородные атомы, вакантные места в решетке (вакансии), промежуточные атомы (междоузлия), электроны и дырки в количествах, превышающих их равновесные концентрации, и т. д. Эти нарушения кристаллической решетки можно рассматривать как точечные, а нарушения другого типа — дислокации — как линейные дефекты.

Избыток электронов и дырок, временно образовавшийся в полупроводнике под действием излучения, увеличивает электропроводность материала ст. В равновесном состоянии в полупроводниках скорости ионизации и рекомбинации электронов равны. Равновесные концентрации электронов ии дырок/), определяемые только температурой материала, связаны соотношением пр = п\, которое означает, что концентрации основных и неосновных носителей независимы друг от друга, так как для данного материала при данной температуре величина щ постоянна. Электропроводность в этом случае определяется выражением

Удобно равновесные концентрации носителей обозначать так: "по. Рпо — концентрация электронов (основных носителей) и дырок (неосновных носителей) в полупроводнике n-типа; рр0, про — концентрация дырок (основных носителей) и электронов (неосновных носителей) в полупроводнике р-типа. В этих обозначениях соотношение (6.29) перепишется следующим образом:

где п„, р0 — равновесные концентрации электронов в зоне про" БОДИМОСТИ и дырок в валентной зоне; пл, рл — равновесные кон-, центр ации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной: зоне, когда уровень Ферми совпадает с уровнем ловушек ?л; THO -~ время жизни электронов в зоне проводимости относительно захвата их ловушками, когда все ловушки свободны; тро — время жизни дырок в валентной зоне относительно захвата их ловушками, когда .все ловушки заняты электронами (свободны для дырок). Проведем анализ этой формулы, считая для простоты, чтот„0. того же порядка,, что и тр0. На рис. 6.10, б показана зависимость. времени жизни неравновесных носителей от концентрации основных носителей. За начало отсчета принята концентрация носителей в собственном полупроводнике. Вправо от этой точки отложено отношение n0/nt, влево p0/n,. На рис. 6.10, а схематически показано