Delist.ru

Динамика дислокаций в щелочно-галоидных кристаллах при наложении ультразвука (15.08.2007)

Автор: Дегтярев Вячеслав Тихонович

- смещение лесной дислокации в плоскости легкого скольжения.

. Как будет показано ниже, ансамбль леса перестраивается под действием ультразвука.

В третьей главе рассматривается влияние ультразвука на основные элементы дислокационной структуры.

В данной главе показывается, что воздействие гармонической нагрузки на единичную дислокацию может вызывать ее ангармоническое движение.

При воздействии ультразвукового поля на дислокационный диполь было установлено, что положения, относительно которых дислокации диполя колеблются, зависят как от поля сил взаимодействия дислокаций, так и от параметров ультразвука. Стационарное состояние динамического диполя можно характеризовать углом (* между плоскостью скольжения дислокаций и плоскостью, содержащей линии, относительно которых дислокации диполя колеблются.

В отсутствие ультразвука, когда дислокации в стационарном состоянии неподвижны, (* = (, т.е. углу между плоскостью скольжения и габитусной плоскостью дислокаций диполя. Равновесным состояниям краевого диполя, обусловленным силами взаимодействия, соответствуют углы (=450 (положение устойчивого равновесия) и (=900 (положение неустойчивого равновесия).

В присутствии внешнего воздействия угол ( изменяется. При постоянной во времени нагрузке ( = ( ((), т.е. изменяется в зависимости от (. При знакопеременной нагрузке (=( ((0), где (0 – амплитуда ультразвука. Рис. 5 иллюстрирует изменение конфигурации диполя в зависимости от амплитуды ультразвука (0 при различных значениях расстояния между плоскостями

(h) функция (*((0) претерпевает скачок.

Дислокационные сегменты в ультразвуковом поле при малых амплитудах совершают периодические движения, которые можно отнести к ангармоническим из-за существования стартового напряжения.

По мере увеличения амплитуды ультразвука или при добавлении постоянной составляющей поля дислокационный сегмент может терять устойчивость и начинается размножение дислокаций по механизму Франка-Рида.

Поведение источника Франка-Рида рассматривали при следующих режимах нагружения:

Лесные дислокации неподвижны, а в плоскости источника действуют постоянная и знакопеременная составляющие нагрузки.

?????????G

???????1?????????На скользящую дислокацию действует постоянная сила, а на дислокации леса действует ультразвук, в результате чего последние совершают колебания.

На скользящую дислокацию действует постоянная и знакопеременная составляющие силы, а лесные дислокации колеблются под действием ультразвука.

компоненты:

может принимать даже нулевое значение, т.е. источник может генерировать дислокации под действием только знакопеременной составляющей нагрузки (рис.6).

(рис.7).

, необходимого для срабатывания источника, обнаруживает зависимость от частоты ультразвука.

, характерного для состояния источника с неподвижными точками закрепления. Это можно видеть из

рис. 8.

Вероятность появления источников, концы которых колеблются в противофазе, зависит от соотношения между положительными и отрицательными дислокациями в ансамбле леса. Эта вероятность максимальна при соотношении положительных и отрицательных дислокаций 1:1.

Для случая, когда ультразвук действует и на лесные, и на скользящую дислокации, возможно как упрочнение, так и разупрочнение, а какой из эффектов будет наблюдаться, зависит от соотношения фаз (см. рис. 9). В один полупериод источник удлиняется; сила, необходимая для его срабатывания, уменьшается, в следующий полупериод длина источника уменьшается, а сила, необходимая для его срабатывания, возрастает. Если изменение длины источника и силы, действующей в его плоскости, в фазе (рис. 9а), то будет наблюдаться эффект пластификации, а в противном случае (рис. 9б) будет происходить упрочнение.

Как показало моделирование, эффект упрочнения обнаруживает зависимость не только от параметров ультразвука, но и от длины источника: так для коротких источников (длиной менее 3,5 мкм) с ростом амплитуды ультразвука растет эффект упрочнения. Для длинных источников, у которых относительное изменение эффективной длины меньше, зависимость эффекта упрочнения от амплитуды ультразвука не монотонна.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что для кристаллов, в которых количество лесных дислокаций разного знака одинаково, с ростом плотности дислокаций эффект изменения пластических свойств кристаллов, под действием ультразвука, связанный с размножением дислокаций, будет уменьшаться.

Глава четвертая содержит описание особенностей полигонизации в ультразвуковом поле. Как было описано в предыдущей главе 3, в ультразвуковом поле образуются динамические дислокационные диполи. Дальнейшее моделирование показало, что в ультразвуковом поле формируются и более сложные упорядоченные дислокационные ансамбли, в том числе мультиполи и полигональные границы блоков. При формировании мультиполей и границ блоков «затравками» служат дислокационные диполи. Число и структура образующихся в ультразвуковом поле полигональных границ зависят от частоты, амплитуды и времени действия ультразвука, а также от начальной плотности и распределения дислокаций, в том числе от соотношения числа дислокаций разного знака в дислокационном ансамбле.

В рамках данной диссертационной работы впервые была предпринята попытка произвести моделирование и дальнейший анализ поведения леса краевых дислокаций в ультразвуковом поле. Одним из основных условий при моделировании было соответствие количества дислокаций на модельной площадке реальным плотностям дислокаций в кристаллах. В связи с этим моделирование проводилось с ансамблем дислокаций от 200 до 300 шт. на модельную площадку, что соответствовало средней плотности дислокаций ( = 8(106 см-2 .

На рис. 10 представлено начальное расположение дислокаций на модельной площадке. Координаты начального расположения дислокаций на модельной площадке задавались по закону случайных чисел.

Как показало моделирование, конечный результат существенно зависит от начального распределения дислокаций на модельной площадке и от порядка проведения ЭВМ экспериментов (чередование воздействия ультразвука и релаксации).

Если непосредственно после начальной расстановки дислокаций на модельной площадке подвергнуть систему дислокаций действию ультразвука, то в результате получим картину, представленную на рис. 11. Как видно из рис. 11, образовалась ячеистая структура, у которой границы блоков приобретают тонкую структуру. Если теперь полученную в результате воздействия ультразвука дислокационную структуру подвергнуть релаксации, то характер расположения ячеек сохраняется, а структура границ блоков меняется. То есть, в процессе релаксации дислокационной структуры, созданной ультразвуком, изменяются расположения дислокаций, принадлежащих границам ячеек.

Результаты, полученные в процессе моделирования, совпадают с экспериментальными данными, полученными на кафедре молекулярной физики МГУ имени М.В. Ломоносова. Результат электронной микроскопии кристалла CdS, подвергшегося облучению ультразвуком, представлен на рис. 12.

Число сформировавшихся дислокационных стенок и их структура зависят от параметров ультразвука. Это видно из графиков зависимости процента дислокаций, вошедших в упорядоченные структуры типа дислокационных стенок от времени действия ультразвукового поля (рис. 13). Кривые 1-4 рис. 13 соответствуют проценту дислокаций, вошедших в дислокационные стенки различной длины. Кривая 1 – относится к структурам, состоящим из числа дислокаций от 3 до 5. Кривая 2 описывает процент дислокаций, вошедших в стенки от 6 до 9 штук. Кривая 3 показывает изменение во времени

процента дислокаций, формирующих стенки от 10 и более штук. Общий процент дислокаций, участвующих в формирование границ ячеистой структуры, характеризует кривая 4.

На основании графиков рис. 13 можно заключить, что зародыши дислокационных стенок, состоящих из 3 – 5 дислокаций, формируются за время порядка 10 периодов ультразвука. В дальнейшем, с ростом времени действия ультразвука, процент вошедших дислокаций в комплексы, содержащие от 3 до 5 дислокаций, убывает.

Формирование стенок, состоящих из 6 и более дислокаций (кривые 2 и 3 на рис. 13), начинается по прошествии 20 периодов. Число дислокаций, вошедших в такие стенки, с течением времени возрастает.

Обращает на себя внимание, что по прошествии времени действия ультразвука до 150Т процент дислокаций, вошедших в структуры 3-5, 6-9, 10 – более не достигает стационарного значения. Процесс перестройки дислокационной структуры продолжается в течение всего времени действия ультразвука. Однако, при этом общий суммарный процент дислокаций, вошедших в дислокационные стенки, с течением времени достигает «насыщения» - колеблется в интервале от 70% до 80%. Как видно из рис. 13, характерное время, в течение которого «насыщение» достигается, порядка t = 50T. Также видно из графиков рис. 13, что в первые 40Т преимущественно организуются дислокационные комплексы, которые содержат от 3 до 5 дислокаций. Судя по данным, приведенным на рис. 13, для стенок, содержащих 6-9 дислокаций, оптимальное время их формирования имеет порядка 80Т.

Рис. 13. Зависимость количества дислокаций (в %), вошедших в упорядоченные структуры, от времени действия ультразвука ((0 = 0,5 МПа; f = 90 кГц; t = 150 T; N = 200 дисл.)

Глава пятая содержит результаты моделирования процесса прохождения пробной скользящей дислокации через колеблющийся дислокационный лес.

При моделировании прохождения пробной дислокацией модельной площадки были рассмотрены следующие ситуации:

Прохождение пробной дислокации через неподвижный лес, дислокации которого расположены по случайному закону.

загрузка...