Diffusion in Metallen

Zu einem bekannten Vorlesungsversuch wird eine Lösung von Kupfersulfat mit reinem Wasser überschichtet und das Ganze sich selbst überlassen. Zunächst besteht zwischen der blauen Lösung und dem Wasser eine scharfe Grenze. Schon nach wenigen Tagen läßt sich ein Vordringen der blauen Farbe des Kupfersulfates nach oben, also dem Schwerefeld entgegen, beobachten. Diese Erscheinung bezeichnen wir als Diffusion. Jedes flüssige System, das aus mischbaren Kom ponenten besteht und sich in einem abgeschlossenen Raume konstanter 'l'emperatur befindet, strebt nach dem Ausgleich der Konzentration. Es wird nun häufig angenommen, daß der Ausgleich verschiedener Konzentrationen und ein damit verbundener Energiegewinn die ein zige treibende Kraft der Diffusion sei. Das ist jedoch nicht so, wie sich an einem Gedankenexperimt::nt leicht zeigen läßt. Man stellt sich ein Gefäß vor, in dem sich eine Salzlösung befindet, deren Konzentration an allen Stellen die gleiche ist. Durch eine Scheidewand wird dieses Gefäß in zwei gleich große Räume 1 und 2 geteilt. Wir nehmen nun weiter an, wir könnten die gelösten Ionen sehen und diejenigen kenn zeichnen, die sich im Raume 1 befinden. Da sich alle Ionen in völlig regelloser Wärmebewegung befinden, werden sie, nachdem wir die Zwischenwand entfernt haben, auch von einem Raume in den anderen übertreten. Nach einer bestimmten Zeit werden durchschnittlich je die Hälfte der gekennzeichneten Ionen in den Räumen 1 und 2 sein. Mit dem Eintreten des Konzentrationsausgleiches hört demnaC'h die Dif fusion nicht auf, sondern sie entzieht sich nur der unmittelbaren Be obachtung.

Klappentext

Zu einem bekannten Vorlesungsversuch wird eine Lösung von Kupfersulfat mit reinem Wasser überschichtet und das Ganze sich selbst überlassen. Zunächst besteht zwischen der blauen Lösung und dem Wasser eine scharfe Grenze. Schon nach wenigen Tagen läßt sich ein Vordringen der blauen Farbe des Kupfersulfates nach oben, also dem Schwerefeld entgegen, beobachten. Diese Erscheinung bezeichnen wir als Diffusion. Jedes flüssige System, das aus mischbaren Kom­ ponenten besteht und sich in einem abgeschlossenen Raume konstanter 'l'emperatur befindet, strebt nach dem Ausgleich der Konzentration. Es wird nun häufig angenommen, daß der Ausgleich verschiedener Konzentrationen und ein damit verbundener Energiegewinn die ein­ zige treibende Kraft der Diffusion sei. Das ist jedoch nicht so, wie sich an einem Gedankenexperimt::nt leicht zeigen läßt. Man stellt sich ein Gefäß vor, in dem sich eine Salzlösung befindet, deren Konzentration an allen Stellen die gleiche ist. Durch eine Scheidewand wird dieses Gefäß in zwei gleich große Räume 1 und 2 geteilt. Wir nehmen nun weiter an, wir könnten die gelösten Ionen sehen und diejenigen kenn­ zeichnen, die sich im Raume 1 befinden. Da sich alle Ionen in völlig regelloser Wärmebewegung befinden, werden sie, nachdem wir die Zwischenwand entfernt haben, auch von einem Raume in den anderen übertreten. Nach einer bestimmten Zeit werden durchschnittlich je die Hälfte der gekennzeichneten Ionen in den Räumen 1 und 2 sein. Mit dem Eintreten des Konzentrationsausgleiches hört demnaC'h die Dif­ fusion nicht auf, sondern sie entzieht sich nur der unmittelbaren Be­ obachtung.

Inhalt

1. Einleitung.- 2. Definition des Diffusionskoeffizienten und Ficxsche Gleichungen.- 3. Untersuchungsmethoden.- a) Metallographische und chemische Methoden.- b) Physikalische Methoden.- c) Messungen mit Radioindikatoren.- d) Versuchsanordnungen.- 4. Ergebnisse experimenteller Bestimmungen.- 5. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten und Theorie.- a) Platzwechselvorgänge.- b) Platzwechselmechanismen und Temperaturabhängigkeit.- 6. Konzentrationsabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten.- a) MATAxo-Auswertung.- b) Experimentelle Ergebnisse.- c) Berechnung des Konzentrationsverlaufes bei konzentrationsabhängigem DK.- 7. Ermittlung von Diffusionskoeffizienten im Falle einer Volumenänderung.- 8. Beziehung zwischen dem Koeffizienten der Selbstdiffusion und der Fremddiffusion in binären Mischkristallen.- 9. Partielle Diffusionskoeffizienten.- a) Allgemeine Betrachtungen.- b) Kirkendall-Effekt und Darkensehe Formeln.- c) Folgeerscheinungen bei ungleicher Diffusion der Partner.- d) Diskussion der Formeln von Darken.- e) Massefluß der Diffusionspartner und Leerstellenkonzentration.- 10. Zustandsbild mit mehreren Phasen und Diffusionsverlauf.- a) Allgemeine Bemerkungen zur Diffusion in mehreren Phasen..- b) Beispiele zur Berechnung der Diffusion in einem mehrphasigen System.- c) Praktische Beispiele.- 11. Richtungsabhängigkeit der Diffusion im Kristallgitter.- 12. Oberflächen- und Korngrenzendiffusion.- 13. Ausbreitungsdiffusion.- 14. Einfluß dritter Legierungspartner.- 15. Theorie der Ausscheidung.- 16. Verschiedene Platzwechselerscheinungen.- 17. Das Sintern.- 18. Technische Anwendungen.- 19. Überführung in Legierungen.- 20. Die Diffusion in flüssigen Legierungen.- 21. Diffusion von Gasen in Metallen.- Tabellen zur Auswertung von Diffusionsmessungen.- Nachtrag.- Verzeichnisder Systeme.- Namenverzeichnis.