WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1997, том 39, № 4 In situ исследование влияния магнитного поля на подвижность дислокаций в деформируемых монокристаллах KCl : Ca © Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, В.Е. Иванов Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, 392622 Тамбов, Россия (Поступила в Редакцию 4 ноября 1996 г. ) Представлены результаты экспериментального исследования подвижности краевых дислокаций в монокристаллах KCl : Ca и влияния на нее постоянного магнитного поля с индукцией 0.3 T. Исследование подвижности дислокаций в магнитном поле производилось с помощью высокоразрешающей (1 ms) методики, позволяющей in situ в процессе деформирования образца измерять его электрический дипольный момент, обусловленный смещением заряженных дислокаций. Обнаружено, что в магнитном поле понижаются стартовые напряжения и увеличивается активационный объем преодоления дислокациями точечных дефектов.

Установлено, что магнитное поле приводит к увеличению интенсивности движения дислокаций на начальной стадии деформирования (до размножения) и не влияет на их подвижность на стадии размножения.

В настоящее время известно о парадоксальном на разработанная авторами [8]. Введение в кристалл диспервый взгляд влиянии постоянного магнитного поля локаций преимущественно одного механического знака (МП) с индукцией 1 T на пластичность диамагнитных (производимое четырехточечным изгибом [9]) позволяионных кристаллов. После обнаружения повышенной ло с помощью антенн, соединенных с высокоомным подвижности индивидуальных дислокаций в МП в этих усилителем, наблюдать накопление дипольного момента кристаллах [1] проведено большое число экспериментов, образца P в процессе его одноосного сжатия вдоль подтверждающих чувствительность дефектов структуры длинной стороны (см. врезку на рис. 1). Как показано к наличию поля [2–7]. Однако окончательный вывод о в [8], накопление P обусловлено смещением заряженных природе этого явления в настоящее время не сделан.

дислокаций в направлении, выделенном изгибом криАктуальным вопросом, решение которого может спо- сталла, а величина P(t), достигаемая к моменту времени собствовать установлению механизмов влияния МП на t после начала нагружения (меньшему максвелловского пластичность кристаллов, является исследование реаль- времени релаксации 102 s для наших кристаллов), ной кинетики дислокационного движения в МП. В [2] однозначно связана с количествами N+, N- и средним предпринята попытка изучения этого вопроса с помощью пробегом дислокаций L разного механического знака методики непрерывного травления, позволившей с разресоотношением шением 1–10 s наблюдать ”прерывистое” смещение индивидуальных дислокаций, движущихся в поле внутрен- P(t) =k(N+ -N-)Lq f. (1) них напряжений кристалла. Более детальную информаЗдесь k 1 — коэффициент, учитывающий форцию о кинетике дислокационного движения в МП можно му дислокационных петель и геометрию расположеполучить, увеличивая разрешение во времени. Предстания плоскостей скольжения по отношению к антеннам, вляет интерес также исследование кинетики движения q 10-11 C/m — линейная плотность заряда дислокаций дислокаций в кристаллах, деформируемых внешней мев наших кристаллах, f — их средняя длина. Эксперименханической нагрузкой в МП. В [3,4] сообщалось, что тальные данные, полученные в [2–7], свидетельствуют и в этом случае наблюдается заметное разупрочняющее об одинаковом влиянии МП на подвижность дислокаций действие МП, которое может быть обнаружено по измеразного механического знака. Следовательно, в рамках нению макропластических характеристик кристаллов и описанной методики можно было in situ (с разрешением подвижности индивидуальных дислокаций.

Поэтому цель настоящей работы заключалась в ис- до 1 ms) отслеживать движение избытка дислокаций следовании влияния постоянного МП на кинетику дис- одного механического знака N = N+ -N- и влияние МП на подвижность этих дислокаций. Нагружение кристаллокационного движения в ионных кристаллах in situ с временным разрешением 1 ms в процессе их дефор- лов производилось с помощью импульсов сжатия двух видов: стандартного прямоугольной формы и линейно намирования внешними механическими напряжениями, а растающей со временем нагрузки (импульс треугольной также в выделении стадий дислокационного движения, формы).

чувствительных к МП.

В первой серии опытов кристаллы после изгиба нагруВ экспериментах использовались кристаллы KCl с примесью Ca (концентрация 0.01 mol. %) размером жались прямоугольным калиброванным импульсом меха3 5 10 mm. Для непрерывного во времени слежения нической нагрузки (амплитудой m = 2 MPa, длительноза перемещением заряженных краевых дислокаций в стью tp = 100 ms и длительностью фронтов tf = 5 ms).

нагружаемых кристаллах использовалась методика из- При деформировании кристалла в МП с индукцией 0.3 T мерения электрического дипольного момента образца, в любой момент процедуры нагружения P было больше, In situ исследование влияния магнитного поля на подвижность дислокаций... образцов, деформируемых в МП и без него (рис. 1, b).

Сопоставление рис. 1, a и b позволяет предполагать, что МП эффективно облегчает движение дислокаций на участках с d/dt = 0 или в паузах между импульсами в процессе релаксации дефектов структуры. Первое предположение маловероятно, так как МП может влиять на подвижность дислокаций и в режиме ползучести, т. е. при постоянных механических напряжениях [4,10]. Кроме того, влияние МП на кинетику поляризации кристаллов через 5–10 ms после окончания фронта прямоугольного импульса (рис. 1, a) свидетельствует о том, что механизм разупрочняющего действия поля не требует выполнения условия d/dt = 0. Вместе с тем потеря чувстви тельности кристалла к МП при нарастании внутренних упругих напряжений может иметь место, поскольку в соответствии с результатами [3,11] сильные стопоры (например, дислокации ”леса”) препятствуют проявлению эффекта разупрочнения кристаллов в МП. Кроме того, из рис. 1 следует, что перегиб на кривой P(t) (как в МП, так и без него) возникает несколько позже момента выхода импульса механической нагрузки на плато. Это дает возможность предполагать, что наблюдаются две стадии дислокационного движения. Для их выявления, а также для установления роли фронта механических напряжений была выполнена вторая серия опытов. В этой серии кристаллы нагружались одинаковыми по длительности и амплитуде импульсами механических напряжений треугольной формы t, длительность которых Рис. 1. Зависимости электрического дипольного момента P, составляла tp = 200 ms, а амплитуда m = 2.6 MPa накопленного кристаллом, от времени нагружения (a) и от (рис. 2). С одной стороны, обнаружение стадий дисколичества прямоугольных импульсов нагружения длительнолокационного движения при таком способе нагружения стью 100 ms (обозначены прямоугольниками) (b) без МП (1) позволило бы исключить из рассмотрения возможные и в МПB =0.3 T (2). Кривая 3 (a) — зависимость механипричины появления стадий, связанные с неравномерческого напряжения от времени нагружения. На врезке (a) — ностью изменения внешних механических напряжений.

расположение изогнутого образца по отношению к антеннам и С другой стороны, в случае реализации какого-либо нагружающим штокам.

механизма влияния поля, требующего отличной от нуля производной d/dt, можно было бы ожидать эффективчем при деформировании того же образца без поля (рис. 1, a). Однако различие в кинетике накопления P наблюдалось преимущественно на начальном этапе нагружения, немного превышающем по длительности tf.

Оно заключалось в увеличении наклона графика P(t) на начальном этапе деформирования, в то время как на второй стадии наклон не менялся в МП. Как показано далее, изменение кинетики электрической поляризации в МП характеризует влияние поля на подвижность дислокаций. Следовательно, через 10–20 ms после начала деформирования кристалла движение дислокаций происходило в режиме, нечувствительном к наличию МП.

Этот вывод качественно совпадает с результатами, полученными в [4] химическим травлением относительно эффективности влияния поля на подвижность индивиРис. 2. Зависимости механической нагрузки (1) и элекдуальных дислокаций в кристаллах NaCl. Многократтрического дипольного момента образцов (2, 3) от времени ное повторение одинаковых импульсов механической нагружения без МП (2) и в МП B = 0.3 T (3). Кривые нагрузки, прикладываемых к одному и тому же образи 3 на врезке — схематическое изображение зависимостей цу, приводило к накоплению различия величины P для тангенсов углов наклона кривых 2 и 3 от времени нагружения.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № 632 Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, В.Е. Иванов ного влияния поля на подвижность дислокаций в течение всего времени действия нарастающей нагрузки. Наличие стадий на кривой P(t) было обнаружено и в этой серии опытов (рис. 2) и свидетельствовало о существовании по меньшей мере двух режимов движения дислокаций в кристалле, причем переход от одного режима к другому не связан с изменением условий нагружения (например, при переходе напряжений с фронта на плато). Ив этом случае МП изменяло кинетику поляризации образца только на первой стадии движения дислокаций, увеличивая скорость нарастания ln P и укорачивая длительность этой стадии (рис. 2).

Наличие стадий дислокационного движения наблюдалось и ранее при анализе статистики пробегов индивидуРис. 3. Зависимости электрического дипольного момента альных дислокаций [12] и при исследовании подвижности образца от времени действия линейно нарастающей нагрузки полос скольжения [13]. Такая стадийность до сих пор при первом нагружении без МП (1), при втором нагружении не получила исчерпывающего объяснения. Для устабез МП (2) и при третьем нагружении в МП B = 0.3 T (3).

новления причин смены режима движения дислокаций На врезке — схематическое изображение зависимости механикристалл подвергался химическому травлению три раза:

ческого напряжения от времени.

до начала треугольного импульса, в конце первой стадии (для чего нагружение прерывали) и после прохождения всего импульса. На второй стадии в отличие от первой наблюдалось образование новых полос скольжения, т. е. Рассмотрим различные возможности влияния МП на происходило размножение дислокаций. Зарождающиеся кинетику поляризации деформируемых кристаллов. В полосы с одинаковой вероятностью могли продвигаться принципе изменение кинетики поляризации кристаллов во всех плоскостях скольжения, приводя к торможению в МП могло бы объясняться влиянием поля на каждый дислокаций, введенных изгибом, и вместе с тем не из четырех параметров (N, q, k, L) в формуле (1).

вносили заметного вклада в результирующий дипольный Например, изменение состояния дислокационного ядра момент. Таким образом, полученные результаты подтвер- в МП, обнаруженное в [5], могло бы сопровождаться ждают предположение, сделанное a priori в [3], о не- изменением q, а влияние силы Лоренца на движение чувствительности к наличию МП процесса торможения заряженных ступеней (предполагаемое в [15]) должно дислокаций в дальнодействующих упругих полях вну- было бы приводить к изменению коэффициента формы тренних напряжений, создаваемых полосами скольжения. дислокационных петель k. Если допустить, что эти Преодоление точечных дефектов, напротив, облегчается причины играют определяющую роль, то зависимость в МП. Об этом свидетельствует понижение стартовых d ln P/dt = (dP/dt)/P от времени должна быть ненапряжений в МП, обнаруженное в следующей серии чувствительной к изменению q и k в МП, так как опытов. она характеризует скорость роста P, нормированную на В этой серии для измерения стартовых напряжений дипольный момент, зависящий (как и dP/dt) линейно дислокаций st в МП и без него кристаллы также от q и k. Однако врезка на рис. 2 свидетельствует подвергались нагружению линейно нарастающей меха- об обратном. Следовательно, причиной изменения кинической нагрузкой. Начало роста P соответствовало st нетики поляризации кристаллов в МП является изме(рис. 3). В целях уменьшения разброса значений P эта нение подвижности дислокаций, а скорость изменения серия опытов производилась на одном и том же образце, дипольного момента образца была пропорциональной многократно нагружаемом одинаковыми треугольными произведению числа движущихся дислокаций N на их импульсами. В отсутствие МП повторные нагружения среднюю скорость v. Согласно соотношению Орована всегда приводили к увеличению st в каждом следующем d/dt = bNv/S (где — относительная деформация импульсе. Например, стартовые напряжения при втором образца, b — средний вектор Бюргерса дислокаций, S — импульсе st2 были больше, чем при первом st1 (рис. 3). площадь боковой поверхности кристалла), произведение Однако, если после второго нагружения, произведенно- Nv с точностью до постоянного численного множителя го без МП, третье нагружение кристалла происходило равно скорости пластического деформирования кристалв МП, стартовые напряжения st3 могли понижать- ла. Поэтому участки линейных зависимостей ln P от t ся по сравнению с st2, т. е. выполнялось неравенство (линейные также и в координатах ln P– в силу t st3

Таким образом установлено, что МП способствует откреплению дислокаций только от точечных дефектов, существовавших в кристалле до начала размножения дислокаций, а смена типа стопоров, происходящая при появлении новых дислокаций, приводит к потере чувствительности пластического течения кристаллов к МП.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Госкомитетом РФ по высшему образованию проекта 95-0-7.1-58.

Список литературы [1] Н.В. Загоруйко. Кристаллография 10, 1, 81 (1965).

[2] В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, Е.А. Петржик. ФТТ 33, 10, 3001 (1991).

[3] Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. Письма в ЖЭТФ 61, 7, (1995).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.