Зондово-микроскопические исследования реанимирующих дислокаций на русле залеченной трещины в кристаллах LiF Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

ЗОНДОВО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАНИМИРУЮЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ НА РУСЛЕ ЗАЛЕЧЕННОЙ ТРЕЩИНЫ В КРИСТАЛЛАХ ЫР

© Т.Н. Плужникова, В.А. Федоров, С.Н. Плужников

Ключевые слова: залечивание; реанимирующие дислокации; зондовая микроскопия.

Проведены зондово-микроскопические исследования русла залеченной трещины. Показано, что упругая энергия связи реанимирующих дислокаций в кристаллах ЫБ в 4 раза меньше, чем у обычных.

Исследование процесса разрушения твердого тела связано с механизмами зарождения и развития трещин. Устранение последних или частичное их заживление позволяет увеличить надежность и долговечность конструкций, сохранить их прочностные характеристики. К настоящему времени накоплен большой объем экспериментальных данных и определен ряд закономерностей, характерных для залечивания трещин и пор в различных материалах.

Исследования показали, что при залечивании трещин структура кристалла не восстанавливается идеально, а возникает атомный нониус, на месте слияния неизбежно образовывается ряд дислокаций, выходы которых и обнаруживаются по фигурам травления [1-7].

Незначительное тангенциальное смещение поверхностей трещины при сближении приводит к наложению и смятию ступеней одного знака, т. е. к образованию большого числа дислокаций и образованию пор вдоль ступеней другого знака. Тангенциальные смещения обусловлены поверхностными флуктуациями или действием поверхностных сил. Схватывание или залечивание поверхностей трещины происходит в результате смещения поверхностных атомов в положение прочной связи и превращения несоответствий в дислокации (рис. 1а).

В работах [8, 9] исследовались все наблюдаемые на линии залеченной трещины ямки травления. Малоконтрастные ямки на залеченной трещине составляют значительное количество, а иногда и большинство. С увеличением сдавливающих нагрузок, например, от 2-106 Па до 6-106 Па число малоконтрастных ямок падает с 91 до 17 %. Судя по тому, что линейные размеры малоконтрастных ямок в 2-10 раз меньше, чем у контрастных, это указывает на меньшую упругую энергию дислокаций.

Малоконтрастные ямки травления, находящиеся между реанимированными частями кристалла, вероятно, свидетельствуют о восстановлении сплошности с ослабленными атомными связями. Энергия таких дислокаций меньше обыкновенных. Эти дислокации носят название «реанимирующие дислокации». Малоконтрастные или реанимирующие дислокации - это результат не вполне соединившихся берегов [8].

Эти работы [8, 9] были проведены около 30 лет назад. На современном этапе в связи с развитием электронной микроскопии стало возможным исследование русла залеченной трещины растровыми и зондовыми микроскопами.

а)

в)

Рис. 1. а) Дислокационная структура залечившейся трещины (стрелками показана траектория бывшей трещины); б, в) АСМ русла трещины (наличие обычных 1 и реанимирующих дислокаций 2)

1869

ií

g

I

%

І і §

3

g

a)

В

I

S

і

g = 8 § §

0 2 A 6 ? 10 12

Piaiie.tim

Рис. 2. Профиллограммы русла трещины. Глубина обычных 1 и реанимирующих дислокаций 2

Исследования рельефа поверхности проводили на растровом электронном микроскопе Quanta 3D и зон-довом микроскопе Integra Aura.

На рис. 1 представлено характерное русло самоза-леченной трещины в кристаллах LiF.

Анализ зондово-микроскопических исследований русла трещины (рис. 1, 2) показывает, что на участках самозалеченных трещин наблюдаются обычные и реанимирующие дислокации хорошо различимые по степени растравливания поверхности. Характерная про-филлограмма русла залеченной трещины приведена на рис. 2. Видно, что при вытравливании обычные дислокации растравливаются сильнее: их размер в направлении Z составляет от 150 до 200 нм, а реанимирующих -от 5 до 50 нм.

Таким образом, предполагая, что глубина растравливания дефектов пропорциональна упругой энергии,

можно сделать заключение, что упругая энергия реанимирующих дислокаций в 3-4 раза меньше, чем у обычных.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Тялин Ю.И. Залечивание трещин, остановившихся при несимметричном сколе в щелочногалоидных кристаллах и кальците// ФТТ. 2000. Т. 42. № 4. С. 685-687.

2. Тялин Ю.И., Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Куранова В.А. Аналитическая оценка распределения дислокаций в вершине остановившихся трещин // ФТТ. 2000. Т. 42. № 7. С. 1253-1255.

3. Feodorov V.A., Plushnikova T.N., Tyalin Yu.I., Chivanov A.V. Healing of microcracks in alkali-halide under influence X-ray // SPIE. 2002. V. 5127. Р. 252-254.

4. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Чиванов А.В., Поликарпов В.М.. Попов В.Ф. Стимулирование залечивания микротрещин в ионных кристаллах воздействием малых доз рентгеновского излучения // Известия АН. Серия физическая. 2003. Т. 67. № 6. С. 857859.

5. Плужникова Т.Н., Федоров В.А., Чемеркина М.В., Чива-нов А.В. Залечивание микротрещин в ионных кристаллах при воздействии ультрафиолетового излучения // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2003. Т. 8. № 4. С. 607-609.

6. Feodorov V.A., Plushnikova T.N., Tyalin Yu.I., Chivanov A. V., Che-merkina M. V., Kirillov R.A. Mechanism of healing microcracks in alkali-halide crystals // Proceedings of SPIE. 2006. V. 6253. 63530K.

7. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Чемеркина М.В., Чиванов А.В., Кириллов Р.А. Изменение пластических свойств ионных кристаллов под действием ультрафиолетового излучения // Изв. РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 9. С. 1330-1334.

8. Финкель В.М., Конкин Б.Б. Виды дислокаций на залеченной трещине // ФТТ. 1983. Т. 25. № 5. С. 1553-1555.

9. Финкель В.М., Кургановская Л.А., Сафронов В.П. Некоторые дефекты залеченной трещины // ФТТ. 1985. Т. 27. № 1. С. 189 -191.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».

2. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №12-01-97519-р_центр_а) и госзадания 1.691.2011.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Pluzhnikova T.N., Feodorov V.A., Pluzhnikov S.N. PROBE MICROSCOPY STUDIES OF REANIMATED DISLOCATIONS ON COURSE HEALED CRACKS IN CRYSTALS LiF

The probe microscopic studies on the mainstream healed cracks are conducted. It is shown that the binding energy revives the dislocations in LiF crystals in 4 times less than the conventional one.

Key words: healing; reanimated dislocations; probe microscopy.

1870