Движение дислокации под действием ультразвука и постоянной нагрузки с учетом поперечного скольжения в неоднородном по пространству поле напряжений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДВИЖЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ В КРИСТАЛЛАХ.

§1.1 Силы, действующие на дислокации.

§1.2 Роль поперечного скольжения в процессах движения и размножения дислокаций.

§1.2 Влияние неоднородных по пространству полей внутренних напряжений па процесс движения дислокаций.

§1.2 Модель Вндерзнха.

§1.3 Моделирование поведения дислокации в динамическом приближении.

§1.4 Постановка задачи.

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ.

ГЛАВА 3. ДВИЖЕНИЕ ДИСЛОКАЦИИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАЗВУКА И ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ПОПЕРЕЧНОГО СКОЛЬЖЕНИЯ.

§3.1 Движение дислокации под действием постоянной внешней нагрузки.

§3.2 Движение дислокации под действием ультразвуковой внешней нагрузки.

ГЛАВА 4. ДВИЖЕНИЕ ДИСЛОКАЦИИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ПОПЕРЕЧНОГО СКОЛЬЖЕНИЯ В НЕОДНОРОДНОМ ПО ПРОСТРАНСТВУ ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ.

§4.1 Движение дислокации, когда поперечное скольжения происходит по плоскости (100).

4.1.1 Области движения и типы траекторий дислокации.

4.1.2 Критические значения внешнего напряжения.

4.1.3 Зависимость ширины стартовых зон от величины и направления внешней нагрузки.

§4.2 Движение дислокации, когда поперечное скольжения происходит по плоскостям (111) и (111)

4.2.1 Области движения и типы траекторий дислокации.

4.2.2 Критические значения внешнего напряжения.

4.2.3 Зависимость ширины стартовых зон от величины и направления внешней нагрузки.

§4.3 Движение дислокации, когда поперечное скольжения происходит по плоскостям (100), (111) и

111).

4.3.1 Области движения и типы траекторий дислокации.

4.3.2 Критические значения внешнего напряжения.

4.3.3 Зависимость ширины стартовых зон от величины и направления внешней нагрузки.

§4.4 Высота выброса дислокации в плоскости поперечного скольжения. Влияние числа действующих плоскостей поперечного скольжения па высоту выброса.

Тема данных исследований относится к одной из фундаментальных проблем физики твердого тела — проблеме влияния различных полей на физические свойства кристаллов. Свойства реальных кристаллов зависят не только от концентрации дефектов, но и от характера их движения и взаимодействия. При различных внешних воздействиях характер движения и взаимодействия дефектов может меняться, что в свою очередь может привести к изменению физических свойств кристаллов. Воздействиями, которым часто подвергаются твердые тела в процессе их эксплуатации, являются статические и вибрационные, в том числе ультразвуковые, нагрузки. Важную роль в процессе эволюции дефектных структур при таких воздействиях играет поперечное скольжение дислокаций. Особенно велика роль поперечного скольжения при ультразвуковом воздействии, поскольку в его отсутствие невозможно эффективное размножение дислокаций, которое наблюдается экспериментально. Происходящие в кристаллах процессы изменения структурных дефектов, как правило, нелинейны, что определяет сложность их аналитического описания и требует численного решения соответствующих задач.

Целью данной работы являлось исследовать движение дислокации под действием постоянной нагрузки и ультразвука в неоднородном по пространству поле внутренних напряжений с учетом возможного движения дислокаций по плоскостям легкого и поперечного скольжения. Для достижения поставленной цели использовались как аналитические методы, так и компьютерное моделирование.

На примере щелочно-галоидных кристаллов впервые исследован процесс движения дислокаций в ультразвуковом поле и при постоянной нагрузке с учетом всех возможных для данной структуры плоскостей поперечного скольжения.

Определены типы траекторий, законы движения и высоты выброса дислокаций в плоскости поперечного скольжения. Установлены размеры и формы стартовых зон, начиная движение из которых дислокация имеет однотипные траектории.

Впервые показано, что в ультразвуковом поле диапазон кристаллографических ориентации образца, благоприятный для поперечного скольжения, шире, чем при постоянной нагрузке.

Результаты работы можно отнести к фундаментальным задачам физики твердого тела о взаимодействии полей и структурных дефектов. Результаты важны и для прикладных целей, так как могут быть использованы для прогнозирования поведения материалов, подвергающихся высокочастотной вибрации и постоянной нагрузке.

В научном руководстве настоящей диссертационной работы на всех этапах ее развития, начиная с постановки задачи, непосредственно принимала участие к.ф.-м.н. Г.В. Бушуева.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты детального исследования процесса движения дислокации под действием постоянной и ультразвуковой нагрузок с учетом внутренних полей напряжений и всех возможных плоскостей поперечного скольжения для кристаллов со структурой типа №С1.

2. Зависимости типов траекторий дислокации от величины постоянной нагрузки, параметров ультразвука, кристаллографической ориентации образца и стартовых координат дислокации.

3. Форма и размер зон, стартуя из которых дислокация имеет однотипные траектории. Зависимости формы и размера стартовых зон от величины и направления внешней нагрузки.

4. Вьгсоты выброса дислокаций для всех возможных плоскостей поперечного скольжения в зависимости от параметров внешней нагрузки и кристаллографической ориентации образца.

Основные результаты и выводы:

1. Установлены закономерности движения дислокации под действием постоянной нагрузки и ультразвука в неоднородном по пространству поле внутренних напряжений с учетом скольжения по всем возможным кристаллографическим плоскостям для кристаллов со структурой типа ЫаС1.

2. Впервые проанализированы ситуации, когда в процессе движения дислокации возможен ее переход не только из плоскости легкого скольжения в поперечную, но и из одной плоскости поперечного скольжения в другую.

3. Определены типы траекторий дислокации в зависимости от параметров внешней нагрузки для различных кристаллографических ориентаций образца.

4. Определены форма и размер зон, стартуя из которых дислокация будет иметь однотипные траектории. Установлены зависимости формы и размеров этих зон от параметров и направления внешней нагрузки.

5. Впервые рассчитаны высоты выбросов дислокации для всех возможных плоскостей поперечного скольжения. Установлены зависимости высот выбросов от величины и направления внешней нагрузки. Показано, что в ультразвуковом поле диапазон кристаллографических ориентаций образца, благоприятный для поперечного скольжения, шире, чем при постоянной нагрузке.

6. Установлено, что высота выброса дислокации уже в течение полупериода ультразвуковых колебаний достаточна для эффективной генерации дислокаций источником Франка-Рида при обычно используемых в опытах значениях амплитуд ультразвука.

Заключение

В диссертационной работе проведено детальное исследование процесса движения дислокации под действием ультразвука и постоянной нагрузки с учетом ее поперечного скольжения в неоднородном по пространству поле упругих напряжений при различных кристаллографических ориентациях образцов и амплитудах внешнего воздействия на примере кристалла ЫаС1.

1. Koehler J.S. Phys. Rev., 1952, V.86, N 1, P.52; Mott N.F., Nabarro F.R.N. - Report of a conference on strength of solids, 1948, P.l; Nabarro F.R.N. Advances in physics, 1952, V.l, N 3, P.269

2. Предводителев A.A., Тяпунина H.A., Зиненкова Г.М., Бушуева Г.В. Физика кристаллов с дефектами. М. Изд. МГУ, 1986,239 с.

3. Тяпунина Н.А., Наими Е.К., Зиненкова Г.М. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. М., Изд-во Моск. Ун-та, 1999,238 с.

4. Orovan Е. Dislocations and Mechanical Properties. In: Dislocations in Metals. Ed. by M. Cohen. New York, 1954, P.69

5. Basset G.A. Phil. Mag., 1958, V.3, N 33, P.1042

6. Johnston W.G., Gilman J.J. J.Appl.Phys., 1960, V.31, P.632

7. Appel F., Messerschmidt U., Smidt V. et. al. Mater. Sci. and Eng., 1982, V.56, P.211

8. Предводителев А.А., Игонин С.И. ФТТ, 1977, Т. 19, №9, С.1774; Игонин С.И. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1977

9. Благовещенский В.В. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1982

10. Малыгин Г.А. ФТТ, 1995, Т.37, №1, С.З

11. Благовещенский В.В., Тяпунина Н.А. ДАН СССР, 1980, Т.254, №4, С.869

12. Bullough R., Sharp J.V. Phil. Mag., 1965, V.l 1, N 111, P.605; Bacon D.J., Bates S.J. Phil. Mag., 1972, V.26, N 2, P.457

13. Зимкин И.Н., Самойлова T.B., Смирнов Б.И. Влияние дислокационного леса на коэффициент размножения винтовых дислокаций. В кн.: Динамика дислокаций. Киев, 1975, С.339

14. Mott N.F. Proc. Physical Society. Sec.B. 1951, V.64, N 381, P.729

15. Essmann U. Phys. stat. sol., 1965, V.l2, N 2, P.707

16. George A., Champier G. Phil. Mag., 1975, V.31, N 4, P.961

17. Li J.C.M. J.Appl.Phys., 1961, V.32, N 6, P.593

18. Mendelson S. Phil. Mag., 1963, V.8, N 94, P.1633; Li J.C.M., Needham C.D. J.Appl.Phys., 1960, V.31, N 8, P.l318

19. Курдюмов В.Г. Формирование полос скольжения в монокристаллах кремнистого железа. В кн.: Физические процессы пластической деформации при низких температурах. Киев. 1974, С. 107

20. De Lange O.L., Jackson P.J., Nathanson P.D.K. Acta Metal, 1980, V.28, N 7, P.873

21. Ничуговский Г.И., Веселов В.И., Бушуева Г.В. Изв. вузов, физика, 1988, №12, С.68

22. Леготин Д.Л. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1993

23. Wiedersich Н. J. AppL Phys., 1962, V.33, N 3, Р.854

24. Vladimirov V.l., Orlov A.N., Petrov V.A., Smirnov B.I. Phys. status solidi, 1969, V.33, N 1, P.477

25. Веселов В.И. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1984

26. Tyapunina N.A., Blagoveshchenskii V.V. Phys. Stat. Sol.(a), 1982, V.69, P.77

27. Тяпунина H.A., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М., Ивашкин Ю.А. Известия ВУЗов, физика, 1982, №6, С.118

28. Косевич A.M. УФН, 1964, Т.84, №4, С.579

29. Косевич A.M. Основы механики кристаллической решетки. М. Наука, 1972,280 с.

30. Нацик В.Д., Чишко К.А. ФТТ, 1975, Т.17, №1, С.342.

31. Yokobory Т., Yokobory А.Т., Kamei Ф. Phil. Mag. 1974, V.30, Р.367

32. Нацик В.Д., Чишко К.А. Физика конденсированного состояния, Харьков, 1974, №33, С.44

33. Нацик В.Д., Чишко К.А. Динамика и звуковое излучение дислокационного источника Франка-Рида.Н. Препринт ФТИНТ АН УССР, Харьков, 1976

34. Зиненкова Г.М., Пала Е.В., Тяпунина H.A., Жаркой Ю.В. Вестн. Моск. ун-та, Сер.З. Физика, Астрономия, 1989, Т.ЗО, №4, С.69

35. Леготин Д.Л., Тяпунина H.A. ЖТФ, 1994, Т.64, С. 105

36. Мотт Н. Дислокации и механические свойства кристаллов. М. ИЛ. 1960, С.321

37. Благовещенский В.В., Леготин Д.Л., Тяпунина H.A. Материаловедение, 2002, №4, С.2

38. Атта А., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М., Тяпунина H.A. ФММ, 1982, Т.54, С.347

39. Зиненкова Г.М., Лихушин Ю.Б., Тяпунина H.A. Изв. АН СССР, 1984, Т.48, №2, С.250

40. Белозерова И.П., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М., Тяпунина H.A., Светашев A.A. Изв. Вузов. Физика, 1984, №3, С.52

41. Тяпунина H.A., Наими Е.К. Вест. Моск. ун-та. Сер. Физика. Астрономия, 1976, №3, С.313

42. Бушуева Г.В., Лихушин Ю.Б., Подсобляев Д.С., Рыбкина Н.В. «Роль поперчного скольжения в динамике дислокаций». Деп. в ВИНИТИ, 43 с.

43. Подсобляев Д.С. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1999

44. Силис М.И. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 2004

45. Needleman A. Acta Mater., 2005, N 48, P. 105

46. Devinere В., Kubin L.P., Lemarchand С., Madee R. Mater. Sei. Eng. A, 2001, V.309,310, P.211

47. Nicola L., Van der Giessen E., Needleman A. Mater. Sei. Eng. A, 2001, V.309,310, P.274

48. Argaman N., Levy О., Makov G. Mater. Sei. Eng. A, 2001, V.309,310, P.386

49. Politano O., Salazar J.M. Mater. Sei. Eng. A, 2001, V.309,310, P.261

50. Yasin H., Zbib H.M., Khaleel M.A. Mater. Sei. Eng. A, 2001, V.309,310, P.294

51. Микаелян К.Н., Seefeldt M., Гуткин М.Ю., Klimanek P., Романов A.E. ФТТ, 2003, T.34, №11, C.2002

52. Rhee M., Zbib H.M., Hirth J.P. Modeling & Simulations in Maters. Sei. & Enger., 1998, V.6, P.467

53. Zbib H.M., de La Rubia T.D., Rhee M., Hirth J.P. J. Nuc. Maters., 2000, N 276, P. 154

54. Хирт Д., Лоте И. Теория дислокаций, М. 1972, 599 с.

55. Степанов A.B., Милькаманович Е.А., ЖЭТФ, 1948, Т. 18, С.769

56. Степанов A.B., Бобриков В.П. ЖТФ, 1956, Т.26, С.795

57. Алыпиц В.И., Инденбом В.Л. УФН. 1975, Т.115. №1, С.З

58. Богуненко В.Ю. Дипломная работа, МГУ, 2003