KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

Söövitamisel tekib pinnale reljeef, mis võimaldab eristada üksikuid terasid. Terade vahelised piirid
on tumedad (joon 3-13) ja erinevalt orienteeritud terad on erineva heledusega (joon 3-14).
Elektronmikroskoobis kasutatakse valguskiirte asemel elektronkiirt, mis koosneb suure kiiruseni
kiirendatud elektronidest, mida võib käsitleda kui laineid, mille λ = 1/v.
Transmissioonmikroskoobis kasutatakse läbivaid kiiri (joon 3-15). Max suurendus kuni 1000000 x.
Skaneerivas elektronmikroskoobis (SEM) skaneeritakse peenikese elektronkiirega objekti pinda ja
kujutis saadakse objektilt peegeldunud sekundaarsete elektronide abil. Resolutsioon (lahutusvõime)
on umbes 5 nm ja suurendus võimalik väga laias piirkonnas (15 – 100000 x).
4 DIFUSIOON TAHKETES MATERJALIDES
Difusioon on üks aine ülekande vorme.
Difusioon – see on aine osakeste (aatomite, ioonide või molekulide) ülekandumine kontsentratsiooni
erinevuse tõttu. Difusioon saab toimuda temperatuuril, kus osakeste liikuvus on küllalt suur
(vibratsioonienergia on küllalt suur).
Difusiooni näide on esitatud joonisel 4-1 (Cu ja Ni vastastikune difusioon). Sellist difusiooni võib
vaadelda kui lisandi difusiooni. Võib toimuda ka materjali enda osakeste difusioon – osakesed
vahetavad kohti. See on omadifusioon.
4.1 Difusiooni mehhanismid
Aatomid on kristallis pidevas vibratsioonliikumises. Energia fluktuatsioonide tõttu võib mõni aatom
omandada energia, mis ületab keskmise energia sedavõrd, et aatom saab võres liikuda. Seda
energiabarjääri, mida aatom liikumiseks peab ületama (vajalikku lisaenergiat) nimetatakse
difusiooni aktiveerimise energiaks. Aatomid, mis omavad seda lisaenergiat, on difusiooni mõttes
aktiivsed. Nende kontsentratsioon sõltub temperatuurist Boltzmani võrrandi järgi:
E *
n = N ⋅ C ⋅ exp( − )
(4.1)
kT
kus N – aatomite üldine kontsentratsioon;
C – mingi konstant;
E* - aktiveerimise energia.
Vastavalt võrranile 4.1 on n seda suurem, mida väiksem on E* ja mida suurem on T. Seejuures
kasvab n temperatuuri tõusul eksponentsiaalselt. E* on vajalik sidemete lõhkumiseks ja võre
deformeerimiseks liikumisel.
Aatomi liikumiseks kristallvõres peab olema täidetud kaks tingimust:
1) kõrval peab olema tühi koht (vakants või võrevaheline tühik), kuhu minna;
2) aatom peab olema aktiivne.
Metallides toimub difusioon kahe mehhanismi järgi.
4.1.1 Vakantsmehhanism
Aatom ja kõrvalolev vakants vahetavad kohad. Aatomi difusiooni korral selle mehhanismi alusel
toimub vakantsi difusioon vastupidises suunas. E* on summa vakantsi tekkeenergiast ja
kohavahetuse energiast (joon 4-2). E* on seda suurem, mida kõrgem on metalli sulamistemperatuur.
15