Влияние легирования на эффекты разупрочнения и упрочнения кристаллов NaCl Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.37;539.4.01; 548.4

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ НА ЭФФЕКТЫ РАЗУПРОЧНЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ №01

© А. В. Тютюнник

Tiutiunnik A.Y. The Influence Of Doping On Weakening And Strengthening Effects On The Impurity Content Of NaCl Single Crystals. In the article, the dependence of weakening and strengthening effects on the impurity content and mechanisms of dislocation multiplication is analysed.

В недавней работе [1] сообщалось об обнаружении и результатах исследования эффектов разупрочнения (РУП) и упрочнения (УПР), возникающих при приложении электрического поля (ЭП) к деформируемым кристаллам. Авторами были рассмотрены некоторые качественные модели, позволяющие непротиворечиво объяснить имеющиеся экспериментальные данные. Однако в [1] не обсуждались процессы размножения дислокаций, без учета которых анализ макроэкспериментов не может претендовать на полноту и точность.

В настоящей работе представлены результаты, позволяющие рассмотреть процессы размножения на основе имеющихся опытных данных и предложенных механизмов.

В экспериментах использовали кристаллы NaCl с различным содержанием примеси Са2+. После организации одиночного скольжения образцы проходили длительный отжиг при 700 °С, а затем их закаливали от 500 °С. В остальном методика эксперимента не отличалась от описанной в [1, 2].

Результаты эксперимента показаны на рис. 1. С увеличением примеси Са эффект РУП приходил к насыщению при с ~ 10_3 мол.%, в то время как УПР слабо менялось вплоть до с ~ 10-1 мол.%, при которой наблюдается некоторый рост величины эффекта.

Согласно соотношению Орована е = ртРйв случае жесткой машины произведение pmV = const, тогда как в мягкой машине, где ©■ё = const (0 - коэффициент упрочнения),

ситуация в общем случае допускает большее число вариантов. Эксперименты по совместному влиянию ЭП и механической нагрузки [1 -4] и по движению индивидуальных дислокаций [3, 5, 6] дают основание полагать, что скорость дислокаций в ЭП V' в случае РУП увеличивается. Таким образом, необходимо ответить на вопрос, как ЭП влияет (в случае РУП) на величину рт.

Рис. 1. Зависимость максимальных (1, 4) и средних (2, 3) величин эффектов разупрочнения (1, 2) и упрочнения (3, 4) от концентрации с примеси Са2+. Де - приращение скорости пластического течения за время приложения ЭП, с0 - скорость течения до приложения ЭП.

Примем, на основании [7], что в условиях одиночного скольжения размножение дислокаций происходит механизмом двойного поперечного скольжения (ДПС) их винтовых компонент. Тогда при проявлении эффекта РУП могут возникнуть два случая: V' > V, к' < к и V' > V, к'> к, где к' и к - коэффициенты размножения дислокаций в ЭП и без ЭП соответственно. Поскольку размножение дислокаций путем ДПС идет в процессе перемещения винтовых компонент, то к — кт, где кт - число петель, создаваемых винтовой дислокацией при заметании ею единицы площади.

Рассмотрим первый случай V' > V, к'т < кт. Уменьшение в ЭП коэффициента размножения механизмом ДПС может происходить за счет:

а) “выключения” части стопоров из спектра преодолеваемых дислокацией;

б) изменения состояния дислокационной линии так, что она приобретает способность “не замечать” некоторые сорта стопоров.

Второй случай V'> V, к'т> кт означает рост Рт (кт ~ Рт) в ЭП и, поскольку кт ~ 1/Ь [7] (X - среднее расстояние, проходимое дислокацией между двумя последовательными актами ее размножения), увеличение числа препятствий, способных служить источником ДПС. Поскольку при одиночном скольжении величина Ь не меняется с деформацией [7], то условие к'т > кт может означать усиление биографических стопоров (недеформационного происхождения) или возникновение дополнительных (недальнодействующих) препятствий. Такие изменения неизбежно приведут к росту среднего времени ожидания дислокации на препятствии или к более сильному ее закреплению, что противоречит результатам микроэксперимента [6].

Таким образом, основываясь на предположении увеличения средней скорости дислокаций в ЭП, наиболее правдоподобным для РУП представляется условие V' > V, к'т < кт, которое реализуется в случае уменьшения рт в ЭП.

Однако, несмотря на то, что в условиях одиночного скольжения механизм ДПС играет основную роль, в кристалле могут реализовываться и другие возможности, приводящие к увеличению числа подвижных дислокаций. Так, согласно [8], в кристаллах с малым содержанием примеси размножение дислокаций механизмом ДПС идет менее интенсивно; в большей степени оно осуществляется путем работы источников. В примесных кристаллах такие источники могут давать заметный вклад только тогда, когда размножение дислокаций еще мало [7], иначе образованные этими источниками дислокации все равно будут эффективнее размножаться при перемещении, нежели за счет работы самих источников.

В связи с этим активизация в ЭП иных (отличных от ДПС) механизмов размножения, например, ответственных за работу источников или за раскрепление и срыв застопоренных дислокационных скоплений, может привести к случаю V' > V, к' > к, где к = кт + к0

(к0 - коэффициент размножения, учитывающий другие возможности увеличения числа подвижных дислокаций). В пользу этого предположения говорят результаты экспериментов по ползучести [9] и релаксации напряжений [10], которые показали, что в “мягких” кристаллах (№С1 + 10-4 мол.% Са2+ [10]) особенно выражены эффекты ускорения ползучести и облегчения процесса релаксации напряжений в постоянном ЭП.

Механизм эффекта УПР был также рассмотрен в [1]. В рамках этого механизма легко объяснить увеличение УПР с ростом концентрации ионов Са2+, учитывая (на основе [7]), что сопротивление деформированию по латентной системе скольжения уменьшается с ростом концентрации примеси, приближаясь к напряжениям течения в первичной системе.

Итак, зависимость РУП от концентрации примеси Са2+ свидетельствует о том, что при с > 10_3 мол.% величина гт в случае РУП уменьшается при включении ЭП, а при с < 10_3 мол.% гт может в ЭП возрастать за счет активизации отличных от ДПС механизмов размножения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Головин Ю.И., Тютюнник А. В. // Вести. ТГУ. Сер. Естеств. и технич. науки. Тамбов, 1997. Т. 2. Вып. 1. С. 97.

2. Головин Ю.Й., Тютюнник Л.В. 11 Изв. РАН. 1996. Т. 60. № 9. С. 179.

3. Зуев Л.Б. Физика электропластичности ЩГК. Новосибирск: Наука, 1990. 120 с.

4. Brissenden S., Gardner J.W., Tllingworth J., Kovacevic I., Whitworth R.W. // Phys. Stat. Sol. (a). 1979. V. 51. P. 521.

5. Тяпунина H.A., Коломийцев А.И. // Кристаллография. 1972. Т. 17. С. 1258.

6. Головин Ю.И., Тютюнник А.В. 11 Кристаллография. 1996. Т. 41. С. 1077.

7. Смирнов Б. И. Дислокационная структура и упрочнение кристаллов. JL: Наука, 1981. 235 с.

8. Клявин О.В. Физика пластичности кристаллов при гелиевых температурах. М.: Наука, 1987. 255 с.

9. Загоруйко Н.В., Щукин Е.Д. // Кристаллография. 1968. Т. 13. С. 908.

10. Зуев Л.Б., Царев O.K., Громов В.Е., Рыбянец В.А. // Изв. вузов (физика). 1979. № 3. С. 61.

Поступила в редакцию 24 марта 1997 г.