Оценка величины упругой деформации поверхности ЩГК при микроиндентировании Текст научной статьи по специальности «Физика»

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЗАЛЕЧИВАНИЯ МИКРОТРЕЩИН В ЩГК © Т.Н. Плужникова, А.В. Чиванов, Л.Г. Карыев

Для понимания механизмов залечивания микротрещин особый интерес представляют количественные и качественные методы тестирования области залечивания.

1. Микроиндентирование кристаллов.

Предложена методика оценки качества залечивания микротрещин, основанная на аномальном растрескивании поверхности скола монокристаллов при воздействии пирамидки Виккерса. Вблизи залеченного участка у вершин трещин асимметричного скола наносили отпечаток, диагональ которого ориентирована по <110>. Трещины от воздействия индентора проходили сквозь русло самозалечившейся трещины, не меняя траектории своего движения. При наличии свободной поверхности и отсутствии залеченного участка трещина от пирамидки Виккерса меняла свою траекторию и уходила в трещину скола, указывая тем самым на отсутствие залечивания.

2. Метод сверхскоростной фоторегистрации.

Оценены скорости распространения трещин. Установлено, что скорость движения трещины по залеченному участку (У2) меньше, чем скорость распространения трещин в кристаллах (И). Эта тенденция сохраня-

ется для кристаллов КС1, и ЫаС1. Наблюдается упрочнение материала в области залечивания. Данный метод носит количественный характер, хотя его недостатком является полное разрушение образца.

3. Метод четырехточечного изгиба. Для кристаллов №С1 определены стартовые напряжения движения краевых дислокаций в лучах дислокационной розетки у вершины трещины. Установлено, что стартовые напряжения движения дислокаций для кристаллов с залеченной трещиной больше, чем в кристаллах, в которых отсутствует залеченный участок.

4. Исследование прочности кристаллов на разрыв. При испытании образца на разрыв силу прикладывали перпендикулярно залеченному участку плоскости трещины скола по (010). Отмечено, что разрыв происходит не по плоскостям залечивания, а по параллельным соседним плоскостям кристалла. Метод носит качественный характер. Недостатком метода является полное разрушение образца.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 02-01-01173).

ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЩГК ПРИ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИИ © Л.Г. Карыев, А.Н. Глушков, 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 отпечатка. Последняя проявляется в отличии формы и размеров отпечатка под индентором и после его поднятия. Однако при анализе механизмов пластичности, меняющихся по мере внедрения индентора в материал, не учитывается вклад упругой деформации (упругого прогиба поверхности) в общем перемещении индентора.

В связи с изложенным, была поставлена задача: разработать метод, позволяющий фиксировать и оценивать количественно величину упругого прогиба поверхности индентируемого участка кристалла при различных нагрузках на индентор.

В опытах использовали монокристаллы (10~3 V*. %, Са+\ Мё+2, Ва+2), ЫаС1 (10~2 н- 10'5 М. %, Бе*2),

КС1 (10~2 + 10-5 \\4. %, Mg+2). Размеры образцов 4x8x20 мм. Эксперименты проводили при температуре 293 К на микротвердомере ПМТ-3 со стандартным индентором. Нагрузку на индентор изменяли в пределах 0,1 < Р й 0,5 Н. Изменение рельефа поверхности кристаллов контролировали с помощью микроинтерферометра «Линника» МИИ-4.

Поставленная задача решалась путем индентирова-ния поверхности (001) кристалла в непосредственной близости от берегов искусственно введенных в кристалл трещин скола.

При этом поверхность (001) кристалла вблизи берега трещины, подвергнутая воздействию индентора, испытает упругопластический прогиб. Противоположный берег трещины не будет испытывать прогиба, в результате чего на нем останется след от ребра индентора - метка (диагональ отпечатка <1 ориентирована перпендикулярно плоскости трещины).

Во всех опытах берега трещины (010) до инденти-рования были расположены в одном горизонтальном уровне.

После индентирования между отпечатком и меткой от индентора на противоположном берегу трещины наблюдали участок поверхности кристалла, не попавший в отпечаток.

Результаты опытов можно объяснить перемещением индентируемого участка поверхности кристалла с формирующимся отпечатком в направлении действия нагрузки. Показано, что это перемещение связано с упругой деформацией материала образца под инденто-ром. Выполнен расчет, позволяющий оценить величину упругой деформации.

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

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 параллельно исследуемой поверхности {001} на ее состояние и структуру.

В опытах использовали монокристаллы ЫР 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 напряжение 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 1рещины, наблюдались изменения. Изменения проявлялись также в виде капель вязкого вещества. Исследования скола, перпендику-

лярного плоскости трещины, показали также наличие изменений (капель вязкого вещества) внутренних областей кристалла, прилегающих к руслу трещины на расстояние до 100 мкм.

Залечивание введенной в кристалл трещины в процессе обработки образца можно объяснить 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. Это 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., Мексичев О А. Влияние теплоэлектрического воздействия на состояние поверхности ЩГК // Механизмы деформации и разрушения перспективных материалов: Сб. тр. XXXV семинара «Актуальные проблемы прочности». Псков, 1999. С. 280-283.

СТРУКТУРА ЛОКАЛЬНО ДЕФОРМИРОВАННЫХ ОБЛАСТЕЙ ЩГК ПРИ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИИ © Л.Г. Карыев, А.Н. 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: 1) разработать метод, позволяющий определять величину локализованных

полос скольжения ПО {1 10} 45 под отпечатком для различных ЩГК; 2) сравнить ее с величиной локализованных полос скольжения по {110}90 в зависимости от: а) ориентации индентора относительно кристаллографических направлений образца; б) концентрации примесей в образце; в) предвари-