МОДЕЛЬ АНОМАЛЬНОЙ ДИФФУЗИИ УГЛЕРОДА ПРИ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОМ ПЛАЗМЕННОМ СПЕКАНИИ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА

Предложена модель, позволяющая объяснить причины аномальной диффузии углерода в карбиде вольфрама при электроимпульсном плазменном спекании (ЭИПС) порошков состава α-WC + W₂C. Явление аномально глубокого проникновения углерода в керамику из карбида вольфрама при ЭИПС порошковой заготовки в графитовой оснастке, обнаруженное в предшествующих работах авторов, проявляется в возникновении на поверхности керамики аномально глубокого слоя (толщиной ∼ 50 мкм) чистого монокарбида вольфрама α-WC. Появление этого слоя обусловлено восстановлением полукарбида вольфрама W₂C при его взаимодействии с углеродом, диффундирующим с поверхности оснастки. Толщина восстановленного слоя (∼ 50 мкм) на несколько порядков превышает значения, которые следуют из вычислений глубины диффузии углерода при табличных значениях энергии активации диффузии углерода в карбиде вольфрама. В основе модели лежит предположение, что для осуществления фазового превращения W₂C→α-WC, при котором, вследствие перестройки атомно-кристаллической структуры, происходит изменение объема элементарной ячейки, необходимо обеспечить не только поток дополнительного углерода к поверхности частиц W₂C, но и образование дополнительного объема, величина которого пропорциональна изменению плотности при данном фазовом превращении (∼ 10%). Создание дополнительного объема обеспечивается потоком неравновесных вакансий с поверхности
образца. Концентрация таких вакансий пропорциональна величине изменения плотности при фазовом превращении W₂C→α-WC и объемной доле частиц W₂C, и в данном случае на несколько порядков превышает равновесную концентрацию вакансий в карбиде вольфрама. Появление таких вакансий в системе способствует осуществлению ускоренной диффузии углерода в карбиде вольфрама. Модель позволяет оценить изменение коэффициента диффузии и рассчитать глубину проникновения углерода в спекаемый материал.