| 13986122 15360 8522 910 1роцессы Д. м. позволяют повысить жаростойкость сплавов (напр., алитированная сталь имеет жаростойкость до 900 °С), абразивную износостойкость (напр., хромирование стали У12 увеличивает её износостойкость в 6 раз), сопротивление термоудару, быстрой смене темп-р, коррозионную стойкость и кислотоупорность и улучшить другие свойства металлов и сплавов.
Лит.: Дубинин Г. Н., Диффузионное хромирование сплавов, М., 1964; Минкевич А. Н., Химико-термическая обработка металлов и сплавов, 2 изд., М., 1965. Г. Н. Дубинин.
ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА, способ сварки без расплавления основного металла за счёт нагрева и сдавливания соединяемых деталей. В месте сварки деталей происходит диффузия одного металла в другой. Детали с тщательно зачищенными и пригнанными поверхностями помещают в закрытую сварочную камеру с разрежением до ~0,01-0,001 н/м2, т. е. до 10-5 мм рт. ст. Детали сдавливают небольшим постоянным усилием, для повышения пластичности и ускорения диффузии нагревают до 600-800 °С. Через неск. минут после окончания сварки детали охлаждаются, и их выгружают из камеры. При нагреве в вакуумной камере происходит интенсивная очистка поверхностей от органич. загрязнений и окислов. Д. с. позволяет получать сварные швы высокого качества без внутр. напряжений и без перегрева металла в околошовной зоне. Этим способом можно соединять детали из одинаковых твёрдых и хрупких или разнородных материалов: из стали, твёрдых сплавов, титана, меди, никеля и их сплавов и т. д. Возможна сварка деталей из нек-рых неметаллич. материалов, напр, двух керамических или керамич. с металлической Д. с. применяется в основном в электронной пром-сти, машиностроении, при произ-ве металлорежущего инструмента, штампов и др. Применение Д. с. ограничивается необходимостью иметь сложную и дорогую аппаратуру. Производительность Д. с. не очень высока из-за наличия таких операций, как вакууми-рование камеры, нагрев деталей, выдержка для проведения диффузии.
К. К. Хренов.
ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ, процессы, протекающие при перемещении мельчайших частиц вещества (атомов, ионов, молекул) или их комплексов вследствие стремления к равновесному распределению концентрации мигрирующих частиц в данном объёме (см. Диффузия). При Д. п. возможен обмен частицами между веществами, находящимися в различных агрегатных состояниях, т. е. возможны явления адсорбции и десорбции, растворение и кристаллизация, сушка и т. п. Д. п. лежат в основе таких технологич. операций, как спекание порошков (напр., в порошковой металлургии), термическая обработка металлов и химико-термическая обработка металлов (цементация, азотирование и т. п.), гомогенизация сплавов, диффузионная металлизация и т. д. Значение Д. п. возрастает в связи с необходимостью создания спец. материалов для развивающихся областей техники (атомной энергетики, космонавтики и т. д.). Знание законов, управляющих Д. п., позволяет предупреждать нежелательные изменения в изделиях, происходящие под влиянием повышенных темп-р, больших нагрузок, облучения и т. п.
Лит.: Л ю б о в Б. Я., Кинетическая теория фазовых превращений, М., 1969.
Б. Я. Любое.
ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ, аппарат для извлечения методом экстракции растворимых веществ из измельчённого твёрдого материала. Д. а. широко применяются в пищ. пром-сти, гл. обр. в сахарной, где они являются одним из осн. видов технологич. оборудования. В этих аппаратах осуществляется водная экстракция сахара из свекловичной стружки или из измельчённого сахарного тростника.
Различают Д. а. периодич. и непрерывного действия. К первому типу относятся диффузионные батареи, состоящие из чётного количества (12-16) диффузоров и такого же количества промежуточных подогревателей, соединённых в кольцевую систему. Батареи работают по принципу противотока: вода поступает в последний диффузор, в к-ром находится уже обессахаренная свекловичная стружка, постепенно обогащаясь сахаром, она последовательно прокачивается через все диффузоры снизу вверх и отводится из последнего диффузора в виде сока. Такие Д. а. весьма громоздки и требуют значительных затрат труда на обслуживание и ремонт.
Около половины з-дов СССР оснащено Д. а. непрерывного действия. Наиболее распространены вертикальные одно- и многоколонные, наклонные корытные, горизонтальные ротационные. В первых стружка перемещается снизу вверх шне-ковым, лопастным или цепным транспортёром и выгружается из верх. части аппарата в виде жома, а вода непрерывно протекает сквозь столб стружки сверху вниз, диффузионный сок отводится через сито из нижней части колонны. В наклонных Д. а. стружка перемещается снизу вверх парой параллельных ленточных шнеков и выгружается в виде жома при помощи лопастного колеса. Аппарат полностью автоматизирован. В горизонтальных Д. а. к внутренним стенкам вращающегося барабана жёстко прикреплены одно- или двухлоточные винтовые перегородки, разделяющие его на ряд секций, и решётки, перебрасывающие стружку из секции в секцию, навстречу протекающей вдоль винтовой перегородки воде.
Существуют Д. а. с бесконечной горизонтальной перфорированной лентой, перемещающей стружку, и системой насосов, последовательно противоточно перекачивающих воду (сок) через отдельные участки транспортёра. Перспективно использование для извлечения сахара из свекловичной стружки серии гидроциклонов. Применение Д. а. непрерывного действия позволяет полностью автоматизировать процесс, в 5-8 раз сократить затраты труда, снизить потери сахара в жоме, повысить общую культуру произ-ва. Производительность Д. а. от 1500 до 3000 т свёклы в сутки.
Лит.: Силин П. М., Технология сахара, 2 изд., [М., 1967]; Гребевюк С. М., Технологическое оборудование сахарных заводов, М., 1969. Н. М. Петренко.
ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС, то же, что пароструйный вакуумный насос. Откачивающее действие Д. н. основано на диффузии молекул откачиваемого газа в струю пара рабочего вещества (ртуть, масло).
ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio - распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Д. происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала вещества).
Д. имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах, причём диффундировать могут как находящиеся в них частицы посторонних веществ, так и собственные частицы (самодиффузия).
Д. крупных частиц, взвешенных в газе или жидкости (напр., частиц дыма или суспензии), осуществляется благодаря их броуновскому движению. В дальнейшем, если специально не оговорено, имеется в виду молекулярная Д.
Наиболее быстро Д. происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т. к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. Неупорядоченность движения приводит к тому, что каждая частица постепенно удаляется от места, где она находилась, причём её смещение по прямой гораздо меньше пути, пройденного по ломаной линии. Поэтому диффузионное проникновение значительно медленнее свободного движения (скорость диффузионного распространения запахов, напр., много меньше скорости молекул). Смещение частицы меняется со временем случайным образом, но средний квадрат его L2 за большое число столкновений растёт пропорционально времени t. Коэфф. пропорциональности D в соотношении: L2 ~ Dt наз. коэфф. Д. Это соотношение, полученное А. Эйнштейном, справедливо для любых процессов Д. Для простейшего случая самодиффузии в газе коэфф. Д. может быть определён из соотношения D ~ L2/t, применённого к средней длине свободного пробега молекулы l. Для газа l = ст, где с - средняя скорость движения частиц, t - среднее время между столкновениями. Т. о., D ~ l2/t ~ lс (более точно D = 4/3 lс). Коэфф. Д. обратно пропорционален давлению р газа (т. к. l ~ 1/p), с ростом темп-ры Т (при постоянном объёме) Д. увеличивается пропорционально Т 1/2(т. к. с ~ КОРЕНЬ Т). С увеличением молекулярной массы коэфф. Д. уменьшается.
В жидкостях, в соответствии с характером теплового движения молекул, Д. осуществляется перескоками молекул из одного временного положения равновесия в другое. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточной для разрыва её связей с соседними молекулами и перехода в окружение др. молекул (в новое энергетически выгодное положение). В среднем скачок не превышает межмолекулярного расстояния. Диффузионное движение частиц в жидкости можно рассматривать как движение с трением, к нему применимо второе соотношение Эйнштейна: D ~ ukT. Здесь k - Больц-мана постоянная, и - подвижность диффундирующих частиц, т. е. коэфф. пропорциональности между скоростью частицы с и движущей силой F при стационарном движении с трением (с = uF). Если частицы сферически симметричны, то и = 1/6пnr, где n) - коэфф. вязкости жидкости, r - радиус частицы (см. Стокса закон).
Коэфф. Д. в жидкости увеличивается с темп-рой, что обусловлено "разрыхлением" структуры жидкости при нагреве и соответствующим увеличением числа перескоков в единицу времени.
В твёрдом теле могут действовать неск. механизмов Д.: обмен местами атомов с вакансиями (незанятыми узлами кристаллич. решётки), перемещение атомов по междоузлиям, одновременное циклич. перемещение нескольких атомов, прямой обмен местами двух соседних атомов и т. д. Первый механизм преобладает, напр., при образовании твёрдых растворов замещения, второй - твёрдых растворов внедрения.
Коэфф. Д. в твёрдых телах крайне чувствителен к дефектам кристаллич. решётки, возникшим при нагреве, напряжениях, деформациях и др. воздействиях. Увеличение числа дефектов (гл. обр. вакансий) облегчает перемещение атомов в твёрдом теле и приводит к росту коэфф. Д. Для коэфф. Д. в твёрдых телах характерна резкая (экспоненциальная) зависимость от темп-ры. Так, коэфф. Д. цинка в медь при повышении темп-ры от 20 до 300 °С возрастает в 1014 раз.
Значение коэффициента диффузии (при атмосферном давлении)
Диффундирующее вещество
Основной компонент
Темп-pa , °С
Коэфф. диффузии, мг/сек
Водород (газ)
Кислород (газ)
0
0,70-10-4
Пары воды
Воздух
0
0,23-10-4
Пары этилового спирта
Воздух
0
0,10-10-4
Соль (NaCl)
Вода
20
1,1-10-9
Сахар
Вода
20
0,3-10-9
Золото (тв.)
Свинец
(ТВ.)
20
4-10-14
Самодиффузия
Свинец
285
7-10-15
Для большинства науч. и практич. задач существенно не диффузионное движение отдельных частиц, а происходящее от него выравнивание концентрации вещества в первоначально неоднородной среде. Из мест с высокой концентрацией уходит больше частиц, чем из мест с низкой концентрацией. Через единичную площадку в неоднородной среде проходит за единицу времени безвозвратный поток вещества в сторону меньшей концентрации - диффузионный поток j. Он равен разности между числами частиц, пересекающих площадку в том и др. направлениях, и потому пропорционален градиенту концентрации V С (уменьшению концентрации С на единицу длины). Эта зависимость выражается законом Фика (1855): j= -DvC.
Единицами потока j в Международной системе единиц являются 1/м2 сек или кг!м2сек, градиента концентрации - 1/л4 или кг/м4, откуда единицей коэфф. Д. является м2/сек. Математически закон Фика аналогичен ур-нию теплопроводности Фурье. В основе этих явлений лежит единый механизм молекулярного переноса: в 1-м случае переноса массы, во 2-м - энергии (см. Переноса явления).
Д. возникает не только при наличии в среде градиента концентрации (или химического потенциала). Под действием внешнего электрического поля происходит Д. заряженных частиц (электродиффузия), действие поля тяжести или давления вызывает бародиффузию, в неравномерно нагретой среде возникает термодиффузия.
Все экспериментальные методы определения коэфф. Д. содержат два осн. момента: приведение в контакт диффундирующих веществ и анализ состава веществ, изменённого Д. Состав (концентрацию продиффундировавшего вещества) определяют химически, оптически (по изменению показателя преломления или поглощения света), масс-спект-роскопически, методом меченых атомов и др.
Д. играет важную роль в хим. кинетике и технологии. При протекании хим. реакции на поверхности катализатора или одного из реагирующих веществ (напр., горении угля) Д. может определять скорость подвода др. реагирующих веществ и отвода продуктов реакции, т. е. являться определяющим (лимитирующим) процессом.
Для испарения и конденсации, растворения кристаллов и кристаллизации определяющей оказывается обычно Д. Процесс Д. газов через пористые перегородки или в струю пара используется для изотопов разделения. Д. лежит в основе многочисленных технологич. процессов - адсорбции, цементации и др. (см. Диффузионные процессы); широко применяются диффузионная сварка, диффузионная металлизация.
В жидких растворах Д. молекул растворителя через полупроницаемые перегородки (мембраны) приводит к возникновению осмотического давления (см. Осмос), что используется в физико-хим. методе разделения веществ - диализ. Д. А. Франк-Каменецкий.
Д. в биологических системах. Д. играег важную роль в процессах жизнедеятельности клеток и тканей животных и растений (напр., Д. кислорода из лёгких в кровь и из крови в ткани, всасывание продуктов пищеварения из кишечника, поглощение элементов минерального питания клетками корневых волосков, Д. ионов при генерировании биоэлектрич. импульсов нервными и мышечными клетками). Различная скорость Д. ионов через клеточные мембраны - один из физ. факторов, влияющих на избират. накопление элементов в клетках организма. Проникновение растворённого вещества в клетку может быть выражено законом Фика, в к-ром значение коэфф. Д. заменено коэфф. проницаемости мембраны, а градиент концентрации - разностью концентраций вещества по обе стороны мембраны. Диффузионное проникновение в клетку газов и воды (см. Осмос) также описывается законом Фика; при этом значения разности концентраций заменяются значениями разности давлений газов и осмотич. давлений внутри и вне клетки.
Различают простую Д.- свободное перемещение молекул и ионов в направлении градиента их химич. (электро-химич.) потенциала (так могут перемещаться лишь вещества с малыми размерами молекул, напр. вода, метиловый спирт); ограниченную Д., когда мембрана клетки заряжена и ограничивает Д. заряженных частиц даже малого размера (напр., слабое проникновение в клетку анионов); облегчённую Д.- перенос молекул и ионов, самостоятельно не проникающих или очень слабо проникающих через мембрану, др. молекулами ("переносчиками"); так, по-видимому, проникают в клетку сахара и аминокислоты. Через мембрану, вероятно, могут диффундировать и переносчик, и комплекс переносчика с веществом. Перенос вещества, определяемый гра |
