Frerichs, Friedhelm (2001) Untersuchungen zum Kirkendall-Effekt im gesamten Konzentrationsbereich von binären Diffusionssystemen. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

Es wird der Kirkendall-Effekt über den gesamten Konzentrationsbereich des binären Diffusionssystems Gold/Silber experimentell und theoretisch untersucht. Die Auswertung der Experimente erfolgt mit Hilfe eines digitalen Bildverarbeitungsverfahrens, das es erlaubt, die Verschiebungen von Schweißnähten aufeinandergeschweißter Metallfolien von 25 mym Dicke mit einer Genauigkeit von weniger als einem mym zu bestimmen. Messungen sind für Temperaturen von 800 C bis 930 C für Glühzeiten von 2h bis 64h durchgeführt worden. Die von einigen Autoren beschriebenen Umkehrungen der Verschiebungen an den Rändern der Diffusionszonen konnten nicht bestätigt werden. Basierend auf der Simulationsmethode der finiten Differenzen werden die experimentell gewonnenen Daten mit berechneten Werten verglichen. Es wird eine phänomenologische Theorie der Diffusion entwickelt, die die Erzeugungs- und Vernichtungsraten von Leerstellen an Stufenversetzungen berücksichtigt. Die Reichweite der Leerstellen wird abgeschätzt: Sie ist in versetzungsarmen Gold/Silber-Proben nicht höher als ca. 15 mym. Mit Hilfe der phänomenologischen Theorie können lokale relative Expansionsgeschwindigkeiten berechnet werden. Die lokal unterschiedlichen isotropen Expansionsgeschwindigkeiten führen zu mechanischen Spannungen, die durch Kriechmechanismen abgebaut werden. Es wird gezeigt, daß das Nabarro-Herring-Kriechen, zumindest in den randnahen Bereichen der Diffusionszonen, der dominierende, spannungsabbauende Kriechmechanismus ist. Durch ihn werden keine zusätzlichen Leerstellen im Diffusionssystem erzeugt. Also werden durch diffusionsbedingte plastische Verformungen die Leerstellenkonzentrationen auch nicht nachhaltig beeinflußt.

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For the entire concentration range of the binary diffusion system Au/Ag the Kirkendall effect has been investigated by means of measurements and theoretical considerations. For a determination of displacements of the interfaces of welded foils, with a thickness of 25 mym each, a digital image analysis of the samples' surfaces has been utilised. The accuracy of determination of the position of marked planes is better than +- 1 mym. Measurements are carried out for temperature ranging from 800 C to 930 C and for annealing times between 2 and 64 hours. Reverse displacements, which have been reported from some authors, cannot be confirmed. Employing the method of finite differences, displacements are calculated and compared with measured data. A phenomenological theory of the Kirkendall effect is presented, taking into account the vacancy generation and annihilation. The distance between creation and annihilation of a vacancy turned out to be not larger than 15 mym. The phenomenological theory allows to calculate the rates of local volume changes. Differences between the isotropic local volume changes of adjacent volume elements lead to mechanical stresses in the material. It can be shown that Nabarro-Herring-creep is the main stress reducing mechanism. Since Nabarro-Herring-creep has no influence on vacancy concentration, the production of additional vacancies due to plastic deformation during diffusion can be neglected.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	[Keine Schlagwörter von Autor/in vergeben.]
Controlled Keywords:	Kirkendall-Effekt, binäres Diffusionssystem
Subjects:	Science and mathematics > Physics
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Institute of Physics (IfP)
Date Deposited:	17 Jan 2013 14:16
Last Modified:	17 Jan 2013 14:16
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/316
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-3467
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