О перераспределении электрического заряда у поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле Текст научной статьи по специальности «Физика»

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТОКОВ НА СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ © Л.Г. Карыев, О.А Мекснчев, В.А. Федоров

Экспериментально обнаружены структурные изменения поверхностей ЩГК при нагреве в электрическом поле, силовые линии которого перпендикулярны исследуемой поверхности. Изменения проявляются в виде «капель» вязкого вещества. Выявлено, что появление «капель» связано с накоплением избыточного заряда на поверхности и локальным перегревом, вследствие бомбардировки поверхности ионами среды [1]. Поставлена задача: исследовать влияние одновременного воздействия нагрева и электрического поля, силовые линии которого ориентированы параллелшо исследуемой поверхности {001} на ее состояние и структуру.

В опытах использовали монокристаллы и ЫаС1 с содержанием примесей от 10~2 до 10~5 вес. %. Размеры образцов 20x10x5 мм. Опыты проводились в температурном интервале 293-893 К. Между электродами помещался образец. К электродам прикладывалось постоянное нанряжешю 400 В. Плоскость искусственно введенной трещины ориентирована перпендикулярно электродам.

В интервале собственной проводимости (выше 823 К) наблюдалось залечивание трещин. При частичном залечивании, на поверхностях, ограничивающих не залеченные участки трещины, наблюдались изменения. Изменения проявлялись также в виде капель вязкого веще-

ства. Исследования скола, перпендикулярного плоскости трещины, показали также наличие изменений внуг-регашх областей кристалла, прилегающих к руслу трещины на расстоянии до ~ 100 мкм от русла.

Залечивание введенной в кристалл трещины в процессе обработки образца можно объяснил, диффузией материала из внутренних областей кристалла в полость трещины. Направленный дрейф материала обусловлен разностью температур приповерхностного слоя берегов трещины и удаленных областей кристалла. Образование капель вязкой жидкости на поверхности трещины объясняется тем, что по поверхности сила тока значительно больше, чем по объему образца. Эго может приводить к локальному перегреву приповерхностных областей.

Таким образом, независимо от направления линий напряженности электрического поля, изменения поверхностей носят сходный характер и объясняются подобными механизмами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мсксинев О.А. Влияние теплоэлектрн-ческого воздействия на состояние поверхности ЩГК // Механизмы деформации и разрушения перспективных материалов Сб тр. XXXV семинара «Актуальные проблемы прочности». Псков. 1999. С. 280-283.

О ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА У ПОВЕРХНОСТЕЙ ИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ ПРИ НАГРЕВЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ © Л.Г. Карыев, В.А Федоров, О.А. Мекснчсн

Экспериментально обнаружено, что одновременное воздействие нагрева и электрического поля на щелочногалоидные кристаллы приводит к изменениям состояния поверхностей скола. Одним из важных факторов, обусловливающих эти изменения поверхности кристалла, является накопление заряда в областях образца, прилегающих к электродам. Поставлена задача: выяснить механизм, ответственный за перераспределение электрического заряда у поверхностей ионных кристаллов, находящихся в условиях одновременного воздействия нагрева и электрического поля, в температурном интервале 573-873 К.

Эксперимент проводился на монокристаллах №С1 с содержанием примесей 10“2 и 10 '1 вес.% по Ре2’. Образцы помещались между плоскими электродами, к которым прикладывалось постоянное напряжение, не превышающее 400 В. Опыты проводились в температурном интервале 293-873 К, скорость на1рева составляла -200 К/ч. В первой серии опытов регистрировали

«прямой» ток - ток, протекающий через кристалл при наложении внешнего поля, и ток, условно названный «аккумуляторным», возникающий при замыкании противоположных граней образца на гальванометр при кратковременном отключешш источника внешнего поля. Во второй серии опытов после нагрева до 873 К, источник тока отключался, и измерялась величина «аккумуляторных» токов при постоянной температуре в течение 3 часов. В треп .ей серии опытов образец остывал до температуры 293 К со скоростью -50 К/ч и через сутки подвергался повторному нагреву со скоростью -200 К/ч до 873 К, при лом источник тока не подключался, и измерялись только «аккумуляторные» токи при постоянной температуре 873 К в течете 1-3 часов.

В ходе опытов определены зависимости силы тока от температуры. В первой серии «прямой» и «аккумуляторный» токи возрастали экспоненциально и при температуре -750 К достигают значений 500 и 3 мкА соответственно. Измерения «аккумуляторных» токов

во второй серии опытов при постоянной температуре 873 К показали, что в течение первых 10-15 минут величина тока плавно снижается и далее остается постоянной (-1 мкА) до окончания опыта в течение 3 часов. Для кристаллов с различным содержанием примесей отмечено отличие в величине «аккумуляторных» токов при повторном нагреве. Величина тока тем выше, чем выше содержание примесей. Измерения «аккумуляторных» токов, проводимые при постоянной температуре (873 К) при повторном нагреве, показывают, что с течением времени величина «аккумуляторных» токов монотонно убывает со скоростью -2-3 мкА в час.

Существование «аккумуляторных» токов можно объяснить перераспределением заряда в объеме кристалла. У противоположных 1раней образца, контактирующих с электродами, при начальном геиреве и про-

пускании «прямого» тока возникает объемный заряд за счет миграции в направлении электрического поля, в основном, примесных атомов и матричных ионов в интервале собственной проводимости. Значительную роль в формировании объемного заряда играют примеси. Это подтверждается измерениями «аккумуляторных» токов в образцах с различным их содержанием.

Таким образом, в постоянном электрическом поле, при температурах выше 600 К в ионных кристаллах наблюдается явление аккумуляции объемного заряда у поверхностей, контактирующих с электродами. Данное явление связано с миграцией, в основном, примесей и ионов матрицы в направлении поля. Наличие тока во внешней цепи при замыкании электродов на противоположных гранях обработанного кристалла объясняется обратным перераспределением заряда внутри кристалла.

СТРУКТУРА ЛОКАЛЬНО ДЕФОРМИРОВАННЫХ ОБЛАСТЕЙ ЩГК ПРИ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИИ © Л.Г. Карысв, АН. Глушков, В.А. Федоров

Для понимания механизма деформирования кристаллов при вдавливании индентора необходимо изучить закономерности распределения дислокаций около отпечатка в объеме кристалла. В связи с этим были поставлены задачи: I) разработать метод позволяющий определять величину локализованных полос скольжения по {110}45 под отпечатком для различных ЩПС 2) сравнить ее с величиной локализованных полос скольжения по {ПО},» в зависимости от: а) ориентации индентора относительно кристаллографических направлений образца; б) концентра-ции примесей в образце; в) предварительной термической обработки образцов (состаривание).

В опытах использовали монокристаллы ЫР (10'3 вес. %, Са2\ К^2+) и №С1 (10'5-10"2 вес. %, Ре2*, Ст2+). Размеры образцов 4x10x20 мм. Эксперименты проводили при температуре 293 К на микротвердомере ПМТ-З со стандартным индентором Виккерса. Нагрузку на индептор изменяли в пределах 0,05 < Р ^ 0,6 N. Состаривание кристаллов проводилось при температуре 373 К в течение 100 ч. Во всех опытах использовали свежие поверхности скола. Эксперименты проводили по следующей методике. Действием лезвия ножа на торец кристалла вводили по (010) трещину. Вдоль танин русла трещины со стороны не разрушенной части кристалла индентором наносили отпечатки. Затем кри-

сталл раскалывали ударом ножа в устье введенной макротрещины. Дислокационную структуру, формирующуюся вокруг отпечатка, выявляли методом избирательного травления. Измеряли и сравнивали длины локализованных полос скольжения по плоскостям {110^90 и {110}45 в деформированной области, прилегающей к отпечатку.

При ориентации г/ | | <100> (</ - диагональ отпечатка) длина локализованных полос скольжения по плоскостям {110}9о и {110}45 на ~ 15 % больше величины аналогичных полос скольжения при ориентации с/ || <110>. Для монокристаллов ЫаС1 (10“5 вес. %) величина локализованных полос скольжения по плоскостям {110}45 и {110}90 оказалась больше, чем для ЫаС1 (10~2 вес. %), причем эта разница тем значительнее, чем больше на1рузка на инденгор. Состаривание кристаллов ЫаС1 (10"2 вес. %) привело к незначительному увеличению (~ на 3 + 6 %) длины полос скольжения но плоскостям {110}45 и {110}^ для данного интервала нагрузок. Экспериментально обнаружено, что для всех исследованных ЩГК длина полос скольжения по плоскостям {110}45 в -1,2 раза больше, чем по плоскостям {110} 90 независимо от ориентации индентора, концентрации примесей и предварительной термической обработки образцов.

ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЩГК ПРИ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИИ © Л.Г. Карысв, АН. Глушко», В.А. Федоров

Деформация материала под индентором включает в себя пластическую компоненту, обусловленную необратимым нормальным и тангенциальным перемещением материала, и упругую, под которой принято считать

упругое восстановление отаечатка. Последняя проявляется в отличии формы и размеров отпечатка под ин-дентором и после его поднятия. Однако при анализе механизмов пластичности, меняющихся по мере вне-