Исследование эволюции диффузионных свойств неравновесных границ зерен при отжиге субмикрокристаллических материалов

Предложена модель, позволяющая описать изменение неравновесного состояния и диффузионных свойств границ зёрен в процессе низкотемпературного отжига субмикрокристаллических материалов, содержащих в исходном состоянии систему зернограничных нанопор. Показано, что растворение зернограничных пор при отжиге приводит к эмиссии вакансий из пор в границы зёрен и увеличению неравновесного свободного объёма границ зёрен. Как следствие, изменяется и коэффициент зернограничной диффузии, экспоненциально зависящий от величины свободного объёма границ зёрен. Проанализировано влияние исходного значения объемной доли зернограничных пор и начального значения неравновесного свободного объёма границ зёрен на кинетику растворения пор и зависимость коэффициента зернограничной диффузии от времени отжига. Установлено, что эта зависимость имеет три стадии. Для первой стадии характерно медленное увеличение коэффициента зернограничной диффузии вследствие того, что процесс генерации вакансий в границы зёрен, связанный с растворением пор, уравновешивается процессом оттока неравновесных вакансий с границ в объём зёрен. Непродолжительная вторая стадия характеризуется резким увеличением коэффициента зернограничной диффузии и связана с быстрым схлопыванием пор при достижении ими критического радиуса. На этой стадии коэффициент зернограничной диффузии может превышать на 1-2 порядка его значение для равновесных границ зёрен. Третья стадия характеризуется медленным процессом уменьшения коэффициента диффузии и связана с оттоком неравновесных вакансий в объём зёрен. Таким образом, вопреки сложившимся представлениям о том, что отжиг всегда сопровождается переходом границ зёрен в более равновесное состояние, показано, что в случае низкотемпературного отжига субмикрокристаллических материалов, содержащих в исходном состоянии зернограничные поры, может осуществляться и обратный процесс – увеличение степени неравновесности границ зёрен, вызванный изменением их неравновесного свободного объема в процессе растворения пор. Показано, что неравновесное состояние границ зёрен может поддерживаться в течение длительного времени отжига.