Влияние состояния электронной системы на пластическую деформацию свинца и сплавов системы свинец-индий. тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

О Д ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ВПЛИВ СТАНУ ЕЛЕКТРОННОЇ СИСТЕМИ НА ПЛАСТИЧНУ ДЕФОРМАЦІЮ СВИНЦЮ ТА СПЛАВІВ СИСТЕМИ СВИНЕЦЬ - ІНДІЙ

01.04.07 - Фі'икг твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття науковог о ступеня кандидата фізико- математичних наук

июп $38

На правах рукопису

ПІНТО СІМОЕС Віктор Мануел

УДК 539.374.5:537.312.62

Харків - 1998

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Харківському державному університеті

Науковий хері£ник: доктор фізико-математичних наук, професор Лебедев Віктор Прохорович (декан фізичного факультету, професор кафедри фізики низьких температур).

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Нєютюдоб Іван Матвійович ( директор Інституту фізики твердого тіла ЫНЦ ХФТІ).

доктор фізико-математичних наук, доцент Мамалуй Андрій Олександрович (професор кафедри загальної та експериментальної фізики Харківського державного політехнічного університету).

Провідна установа: Фізико-технічний інститут низьких температур ім.Б.І.Веркіна НАН України (відділ фізики пластичності та міцності).

Захист відбудеться “ & ” 1998 р. о /^ ° годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.03 у Харківському державному університеті (310077, м.Харків, м.Свободи, 4, ауд.ім.К.Д.Синельникова).

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського державного університету. .

Автореферат розіслано “ ^ 1998р.

Вчений секретар спеціалізованої ради

В.П.Пойда

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вже протягом трипалого часу фахівці, які ірацюють у галузі фізики твердого тіла, велику увагу приділяють вивченню різичнпх, у тому числі механічних, та структурних характеристик .іатеріалів при низьких температурах. Це пов'язане, зокрема, з потребами ;рісгеі?иг,ї техніки у нових високоміцних конструкційних та функціональних матеріалах. Оскільки експлуатація виробів з них може шотікати у досить складних умовах - низькі температури, великі механічні іапругп, сильні магнітні поля та ініл., гонче необхідна інформація про шоцєси, що протікають в матеріалах за таких уйіов..

Оскільки ¡гри низьких температурах процеси пластичної течії датеріалів та накопичення в них значної кількості дефектів кристалічної ■ратки протікають досить актицно через відсутність процесів відпалу, а гермоакгиваційні процеси практично відсуші, необхідно вивчити особливості взаємодії дислокацій з елементарними збудженнями кристала -фононами, електронами та іпія. При цьому найбільш суггсвою є взаємодія дислокацій з електронами провідності, а найбільш характерним прикладом ї прояви є зменшення деформаційної напруги при навантаженні зразків з тостійною швидкістю або збільшення деформації і швидкості деформації три їх течії у режимі повзучості при надпровідному переході. Крім того, :фекти гальмування або прискорення дислокацій електронами провідності ¡постерігали також при протіканні електричного струму великої густини, у ;ильному магнітному полі та при деформуванні тонких зразків надчистих неталів.

Чисельні експерименти, присвячені вивченню перебудови електронного енергетичного спектра пр.и надпровідному переході на ¡акономірності пластичної течії при деформуванні металевих зразків з тостійною швидкістю деформації або у режимі повзучості, дають лише їкісну картину цього явища, пов’язану з неврахуванням залишкового магнітного потоку у зразку після відключення зовнішнього магнітного толя.

Крім того, гальмування або .захоплення дислокацій статичною або цинамічною структурами проміжного або змішаного станів надпровідників [ і II родів зумовлює необхідність врахування взаємодії між рухомими дислокаціями та магнітною структурою надпровідника за рахунок перехідних процесів при механічних випробуваннях з одночасною циклічною зміною нормального та надпровідного станів металу. У теоретичних моделях, які розглядають вплив зміни сили електронного

гальмування на пластичну течію надпровідника, не враховується різниця у концентрації деформаційних дефектів, що накопичуються при деформуванні у різних станах. ►

Вивчення впливу цілого ряду чинників (стан металу, температура випробувань, концентрація домішок та інш.) доцільно проводити на простих модельних об’єктах, де є змога виділити впливи кожного з них окремо з метою подальшого узагальнення їх на складні надпровідні конструкційні та функціональні матеріали, в тому числі надпровідні керамічні матеріали, надпровідні матеріали для сильних магнітних систем, тощо.

Тому актуальними с дослідження цих процесів в умовах відсутності залишкового магнітного потоку та одночасного вивчення механічних та структурних змін у металі під час навантаження у нормальному та надпровідному стані. Вивченню цих явищ на прикладі зразків свинцю та його сплавів з індієм присвячена ця дисертаційна робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі фізики низьких температур Харківського державного університету у рамках НДР кафедри “Вплив зміни елементів у шаруватих структурах на надпровідність” Л'ЬДР 01940012806; ‘'Вивчення особливостей деформаційного зміцнення в нормальному та надпровідному стані” КаДР 0195Ш27034; “Дослідження деформації металів та сплавів в умовах надпровідного переходу” №ДР 019711002507, затверджених відповідними постановами Міносвіти України.

Мета і основні завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є визначення ка прикладі чистого свинцю та сплавів свинець- індій впливу перебудови електронної підсистеми на в’язке гальмування дислокацій і структурне зміцнення при деформації у кожному із станів - нормальному чи надпровідному або при їх циклічній зміні.

Для досягнення поставленої мені потрібно було:

« реалізувати спосіб вимірювання дійсного стрибка деформуючої напруги при надпровідному переході за відсутності згшшикового магнітного потоку;

» визначити величину «рибка напруги як функцію концєнтраці' деформаційних та домішкових дефектів;

» за величиною залишкового електричного опору оцінити еіупіні структурної недосконалості кристалу прії його навантаженні ь різни: режимах деформування;

* провести зіставлення величини деформаційного зміцнення ; відповідними змінами концентрації деформаційних дефектів;

з

провести зіставлення отриманих експериментальних результатів з відомими теоретичними моделями структурного зміцнення, кристала та механізмами знеміцнення надпровідника при активаційному подоланні рухомими дислокаціями потенціальних бар’єрів; розглянути можливі механізми явища.

Наукова новизна одержаних результатів .При виконанні дксерта-ійкої роботи було одержано наступні нові результати: аналітично проаналізовані відомі методи усунення залишкового магнітного потоку з метала-надпровідчика і вперше обгрунтовано метод нагрівання металу до T>Tt короткими імпульсами електричного струму безпосередньо під час пластично; течії, що дозволило коректно визначити величину знеміцнення при надпровідному переході яіс функцію ступіню деформації і концентрації домішкових атомів; на монокристалах свинцю з домішкою атомів індію вперше виявлено мінімум на залежності стрибка зменшення деформуючої напруги від ступіню деформації на початкових етапах платсичної течії; вперше на мсно- і полікристалах системи РЬ- (0,1 * 10) Іп ат.% Іп виявлено додаткове деформаційне зміцнення при їх навантаженні у надпровідному стані порівняно із нормальним, яке раніше спостерігали лише у чистому свинці;

вперше експериментально виявлено вплив перехідних процесів при циклічній зміні нормального та надпровідного станів на додаткове зміцнення

На захист виносяться наступні конкретні наукові результати та положення:

. Обгрунтування методу електроімпульсного видалення із металічного зразка залишкового магнітного потоку безпосередньо під час його пластичної течії при Т<ТК .

!. Величина зменшення деформуючої напруги при надпровідному переході у свинці та сплавах свинець-індій на початку пластичної течії зростає при збільшенні концентрації домішок, а її залежність від довжини дислокаційного сегмента добре описується у рамках моделей знеміцнення, які враховують інерційні властивості дислокацій при термоактивованому подоланні силового бар’єру.

>. Додаткове зміцнення в сплавах РЬ - Іп у надпровідному стані порівняно з нормальним пов’язане з більш високою дефектністю кристалічної гратки завдяки генерації надлишкової концентрації точкових та лінійних дефектів.

4. Експериментальні результати стосовно впливу перехідних процесів, пов’язаних з циклічною зміною нормального та надпровідного станів, на рівень деформуючої напруги і залишкового електричного опору в свинці та його сплавах з індієм.

Наукове і практичне значення результатів, отриманих в дисертаційній роботі полягає в тому, що визначення дійсних значень стрибка деформуючої напруги при надпровідному переході дало можливість віддати при при числових оцінках перевагу моделям, що враховують інерційні властивості дислокацій; комплексний характер досліджень, який включає вивчення механічних та структурних характеристик, дав змогу залучити для пояснення експериментальних фактів фізичні механізми, які найбільш реалістично описують взаємодію дислокацій з електронами провідності у свинці та сплавах свинець-індій. З’ясування у роботі суті цих фізичних явищ дозволяє поширити отримані результати на широкий клас неорганічних матеріалів ( в г.ч. керамік) , для яких є суттєвою електрон- дислокаційна взаємодія. З іншого боку, отримані результати мають прикладне значення і можуть бути з успіхом використані при вдосконаленні технології обробки промислових надпровідних матеріалів і конструюванні з них виробів, які працюють в умовах дії механічних напруг.

Особистий внесок здобувача полягає у безпосердній участі в проведенні усіх низкотемпературних експериментів, одержанні експериментальних даних з механічних випробувань та вимірювання залишкового електричного опору та їх обробці. Здобувач приймав участь з зіставленні одержаних даних із результатами еспериментальних та теоретичних досліджень взаємодії дислокацій відомих з літературних джерел, підготовці та оформленні матеріалів до публікації.

Апробация результатів роботи. Матеріали дисертації доповідались і обговорювалися ка наступних конференціях; 3-й міжнародній конференції “Действие електромагнитных полей на пластичность материалов”, Воронеж, 1994; 14-th ConfemcsGCCHD-14, Madrid, 1994; конференції “Фізичні явища в твердих тілах”, Харків, 1995; 15-th Confernce GCCHD-15, Baveno-Stiesa, ítaiy, 1996;’ 4-й міжнародній конференції "Действие еяекгромагнитных полей на пластичность материалов”, Воронеж, 1996.

Робота зиконана при фінансовій підтримці фонда JNICT по “Plano ciencia”, а також по програмі PRAXIS XXI (Португалія).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 3 статті та 10 тез доповідей на конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, приміпсів, списка літератури, що цітується, із найменувань. Робота містить 152 сторінки тексту і 40 малюнків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі аналізується стан проблеми на початок роботи над дисертацією, основні теоретичні та експериментальні результати, отримані при вивченні питання гальмування дислокацій при низьких температурах та обгрунтовано актуальність теми дисертації. Визначені зв’язок проведених досліджень з науковими програмами, мета та основні завдання роботи, сформульовані наукова новизна одержаних результатів, основні конкретні наукові результати та положення, що викосяться на захист. Приведено наукове та прастичне значення робота.

У першому розділі “Електронне гальмування дислокацій у металах -надпровідниках” (літературний огляд) розглядається питання взаємодії рухомих дислокацій з електронами провідності при низьких температурах. Наведені численні дані про найбільш характерний прояв такої взаємодії - зменшення деформуючої напруги зразка при його деформуванні з постійною швидкістю деформації, збільшення ступеня деформації та швидкості деформації при повзучості, зміна величини релаксації напруги при його переході у надпровідний стан. Наведено і проаналізовано дані щодо найбільш вирогідних механізмів впливу -зміни модулів пружності в надпровідному стані та локальних перегрівів на процес пластичної течії в надпровіднику. Показано, що навіть при врахуванні дії цих чинників пояснити експериментальні дані не можна.

Розглянуто валив таких параметрів, відомих з літературних джерел, як концентрація у зразку деформаційних та домішкових дефектів, температура випробувань, швидкість деформації на величину деформуючої напруги у надпровіднику-. Наведені дані про взаємодію статичної та динамічної структури нроміжнсго та змішаного станів з дислокаційною системою. Особливу увагу приділено аналізу того факту, що у більшості проведених експериментів не враховували залишковий магнітний полу, вплив якого tía характер очршаних функціональних залежностей є досить істотним.

Розглянуто закономірності формування дефектної структури у зразку при його навантаженні у нормальному та надпровідному станах і показано, що деформування надпровідника супроводжується генерацією надлишкової кількості точкових та лінійних дефектів.

Проаналізовані теоретичні праці, у яких запропоновані механізми для пояснення різниці у взаємодії електронів із дислокаціями у нормальному та надпровідному станах. Серед них е моделі, що розглядають лише динамічний характер взаємодії, а також ряд моделей, які аналізують активаційний характер руху дислокацій у середовищі зі змінною густиною електронів провідності.

Крім того, існує кілька робіт, у яких вивчали статичний характер впливу електроні в провідності на дислокаційну систему, пов’язаний із ослабленням екрануючої здібності електронного газу, що проявляється в зміні енергії взаємодії дислокації з перешкодою і зниженні висоти потенціального бар’єра.

У висновках розділу проаналізовано сучасний стан проблеми і виявлено питання, що потребують вирішення. Це дало змогу сформулювати мету і завдання цього дослідження.

У другому розділі “Методика і об’єкти експеримент альша досліджень” описані об’єкти досліджень і експериментальні методики, що застосовувалися при виконанні дисертаційної роботи.

Для механічних випробувань використовували навантажуючий пристрій, який давав змогу проводити експерименти з режимі активного деформування з максимальною чутливістю по навантаженню 104 Па, видовженню - 0,01% при швидкостях 10'7 -ь 10-3 с-!. Інтервал робочих температур 4,2-5- 300 К. В дисертації наведені формули для перерахунку експериментальних даних сили та видовження у значення напруги та деформації, а для монокристалів - зсувних напруги та деформації.

Для зруйнування надпровідного стану використовували надпровідні соленоїди повздевжної та поперечної орієнтації; приводяться розрахунки сталої для цих соленоїдів, а також методика вимірювання залишкового магнітного потоку у зразку за допомогою магнітометра та балістичних котушок.

Описані методики вимірювання залишкового питомого електричного опору (максимальна чутливість 1-Ю12 Ом-м) та способи визначення цих величин у деформованих зразках. Описано також спосіб вимірювання електричного опору в імпульсному режимі.

Наведено опис генератора імпульсів електричного струму для видалення із зразків залишкового магнітного потоку з основними параметрами - сила струму (0,1 - 10)-103 А, тривалість імпульса (1,4 -18)40 5с, найменша скважність імпульса ~ 1с.

Об’єктами досліджень були моно- і полікристали чистого свинцю (99,9996% та 99,98%) та сплавів системи свинець - індій. Наведено

діаграму стану цієї системи, описано спосіб розрахунку концентрації домішок в сплавах та представлені концентраційні залежності критичних полів Нкі і Нк2, а також величини RRR цих сплавів від концентрації індію. Описується підготовка зразків до механічних випробувань.

У третьому розділі “Дінамічне електронне гальмування дислокацій в металі - надпровіднику” розглядаються питання зміни сили електронного гальмування дислокацій у металі - надпровіднику в залежності від концентрації деформаційних та домішкових дефектів та зіставлення з існуючими моделями електрон-дислокаційної взаємодії.

У підрозділі 3.1 розглянуто і проаналізовано відомі методи розмагнічування надпровідних зразків при їх деформуванні для запобігання похибок, пов’язаним з впливом залишкового магнитного потоку на вимірювані величини. Показано, що всі вони мають досить істотні вади і запропоновано оригінальний спосіб розмагнічування зразку короткими тепловими імпульсами, які виникають при протіканні у ньому електричного струму високої густини 108 -г 10і0 А/м2 довжиною 10-4 -т- 10-3 с. При протіканні струму, густина якого вища критичної, зразок

переходить у нормальний стан, що приводить до виділення джоулева тепла практично у адіабатичному режимі і нагріву зразка до Т > Тк. Кількісні розрахунки часу переходу металу в надпровідний сган (< 1(И с) і часу охолодження до Т < Тк (~ 10*- с) показують, що при такому впливі не відбувається захват власног о магнітного потоку самого імпульсу струму. Запропонований спосіб дозволив розмагнічувати зразок безпосередньо під час навантаження у рідкому гелії і одержати дійсні величини зниження деформуючого напруження при надпровідному переході.

У підрозділі 3.2 наведено дані про вплив дефектів різного походження (власних та доміипсових) на ефект динамічного гальмування дислокацій у моно- і полікристалах чистого свинцю та сплавів свинець - індій. У монокристалах чистого сзинцю виявлено орієнтаційну залежність отн.кад(7), Su. H'uí') від кристалографічної орієнтації зразка - у разі важкого ковзання дислокації її електронне гальмування зменшується.

У монокристалах сплавів знайдено мінімум ш залежності 8th.hW(t), який раніш не спостерігали. Положення мінімуму зменшується в області більших ступенів деформації при зростанні концентрації домішок. Найбільш вірогідною причиною цього факту може бути вплив змінної довжини вільного дислокаційного сегмента, яка на почагку деформації визначається закріпленням дислокаційної лінії на домішках, а з розвитком пластичної течії в основному задається вже деформаційними дефектами. .

При вивчені полікристалів особливу увагу було приділено з’ясуванню впливу розміру зерна, як одного з основних параметрів структури полікристала, на зменшення деформуючої напруги при надпровідному переході. Показано, що експериментальні значення величини 5сгн.над(к) ДТГ.Я зразків з різким розміром зерна добре описуються співвідношенням 5(Уи.яад(є) - 8а°н.нас. + Kd'ltt, подібним до співвідношення Холла ■ Петчи

Як для меню-, так і для полікристалів із зростанням концентрації домішкових атомів спостерігали монотоньо-зростаю-шй вид функціональних залежностей 6-;нлад, Зстн.над(с) ~ С". Оцінка показника ступеню п дала значення 0,076 .для moho-, та 0,12.2 для іюлікріісталла при однаковому рівні напружень.

У підрозділі 3.3 розглянуто характер змін і? процесі пластичної деформації одного з осноелих параметрів моделей деформаційного зміцнення довжини вільного дислокаційного сегмента L. Його величину визначали за допомогою кількох способів: із оцінки густини дислокацій Ns при вимірюванні залишкового електричного опору; із даних по деформаційному зміцненню полікристала, розраховували за величиною релаксації напруги та по концентрації домішок. Усі використані методики дали якісно однаковий характер залежності Це), хоча абсолютні значення дещо відрізняються.

У підрозділі 3.4 проаналізовано із врахуванням одержаних у підрозділі 3.3 величин L відповідність одержаних у дисертаційній роботі експериментальних даних різним моделям динамічного гальмування дислокацій при взаємодії зі стопорами або без неї, розробленим для пояснення явища зменшення деформуючої напруги при надпровідному переході. Показано, що найкраща відповідність спостерігалась для моделей, що враховують інерційні властивості дислокацій.

Крім того, було проаналізовано статичні механізми зміни деформуючої напруги, які пов’язані зі зниженням висоти потенціального бар’єру для рухомих дислокацій у надпровідному стані із-за різниці екранування зарядженого дефекту в нормальному і надпровідному станах. Було оцінено необхідну величину зниження висоти бар’єру прк зміні нормального та надпровідного станів бин.нал = 0,1 Uo (Uo - загальне висота потенціального бар’єру), для забезпечення значення стрибкг напруги, що спостерігали, і підкреслено, що деякі експериментальн залежності і оцінки указують на необхідність врахування статичнії; механізмів зниження висоти потенціального бар’єру нарівні з моделями що розглядають зміни у динаміці дислокацій.

У четвертому розділі ‘'Деформуюча напруга і структура металу при навантаженні у нормальному га надпровідному станах” на моно- та полікристалах сплавів системи Pb-ín продовжено вивчення законе мір косгей деформаційного зміцнення та формування дефектної »трукгурч при навантаженні тільки в нормальному та надпровідному станах, що раніше були встановлені на чистому свинці.

У розділі 4.1 приведепс результати механічних випробувань монокристалів (з однаковою кристалографічною орієнтацією у центрі стереографічного трикутника) чистого свинцю та його сплавіи з індієм (до 10ат.% Jn) та полікристалів. Було встановлено слідуючи закономірності, Деформування указаних об'єкта з фіксованою густиною нормальних елехтронів завжди супроводжується більш високим рівнем деформуючого напруження к надпровідному стані порівняно з нормальним при середніх та великих ступенях деформування, тобто Тнад - Тн <тЧад - Он > 0. Оскільки межа текучості у нормальному стані вища, ніж у надпровідному, на початку пластичної течії (у< 10-15%, є < 5н- 10%) мала місце інверсія деформаційних кривих приблизно на величину Заклад, осннвд- У подальшому різниця коефіцієнтах деформаційного зміцнення 8 над Вя приводила ДО збільшення деформуючої напруги на величину Тнад -

Тн} <7над “ Он.

Зіставлення абсолютних значень додаткового зміцнення у надпровідному стані із зменшенням деформуючої напруги при надпровідному переході дає значення (Тяад - Тн)/ бТн.над = 15 І (Стиад - СГн)/ 5сун.иад = Ю у широкому інтервалі деформацій.

У пункті 4.1.2 проаналізовано вплив концентрації домішок на величину додаткового зміцнення у надпровідному стані. Для моно- і полікристалів зіставлення проводили для однакових рівнів діючої напруги т або а, які відповідають стадії лінійного зміцнення металу. В обох випадках мала місце незалежність тНад - тн, сгнад - сгн від концентрації Індія в діапазоні 0-10 ат.%.

У пункті 4.2 за допомогою методу залишкового електричного опору розглянуто закономірності формування дефектної структури металу при навантаженні в нормальному або надпровідному станах моно- та полікристалів чистого свинцю (99,9996%) та сплавів РЬ - (0 - 1ат.% Іп).

Незалежно від того, у якому стані проводили навантаження, завжди спостерігали зростання питомого електричного опору в процесі деформації, більш високу швидкість накопичення деформаційних дефектів у полікристалах порівняно з монокристалами, а також в стані з пониженою в’язкістю електронного газу (надпровідному). Абсолютна

різниця МІЖ величинами ПИТОМОГО електричного опору рнад - ри завади позитивна і зростає при збільшенні є. Відносна величина (рнад - рн)/ ря ~ 10 - 15% як для moho-, так і для полікристалів у всьому діапазоні вивчених деформацій.

Відпалювальні експерименти дозволили встановити, що більш високий рівень електричного опору у надпровідному стані зумовлений більш інтенсивною генерацією у цьому стані як крапкових, так і лінійних дефектів.

У розділі 4.3 розглядається кореляція між додатковим зміцненням надпровідника та накопиченням в ньому надмірної концентрації деформаційних дефектів. На основі аналізу моделей деформаційного зміцнення та експериментальних даних по додатковому зміцненню в надпровідному стані та результатам вимірювань електричного опору після навантаження в різних станах показано, що додатковий внесок у деформуючу напругу надпровідника повністю забезпечується надмірною густиною дислокацій, які генеруються у надпровідному стані, тобто носить структурний характер.

Припущення про збільшення швидкості дислокацій у надпровідному стані приводить при Є = ЬУдІЧд = const до ВІДПОВІДНОГО зменшення їх густини. Це разом 3 відсутністю ЛІНІЙНОГО зв’язку МІЖ Тнад - Тч і 5тн.над вказує на те, що динамічні ефекти не можуть пояснити явище, яке спостерігається. У той же час, зниження потенціальних бар’єрів у надпровідному стані повинно приводити до зменшення енергії утворення дефектів, тобто до більш інтенсивної їх генерації і, як наслідок, до додаткового зміцнення у надпровідному стані.

П’ятий розділ “Пластична деформація металу в умовах циклічної зміни нормального та надпровідного станів” присвячений вивченню динамічних процесів, що протікають під час пводу та виводу зовнішнього магнітного поля та можуть впливати на пластичну т^чію металів.

У підрозділі 5.1 розглянуто характер зміни напруги у поодинокому стрибку напруги під час надпровідного - нормального . нормального -надпровідного переходів і показано їх несшлетрію, що не моке бути пов’язана з часом входу та зиходу магнітної індукції із зразка. Показань, що нормальний - надпровідний переход досить істотно відрізняється для чистого металу і сплаву Pb - In.

Крім того, було проаналізовано вплив зовнішнього пульсуючого механічного напруження з амплітудою, рівною величині стрибка

и

на характер деформаційних кривих. Для цього у навантажуючий ланцюг з динамометром включали нікелевий стріктор, до якого періодично прикладали зовнішнє магнітне поле. Довжина стріктора і напруженість поля дозволяли моделювати зміни напруги, аналогічні відповідним змінам при надпровідному переході. При механічних випробуваних в таких умовах при 77 і ЗСО К полікристаличних зразків сплаву РЬ -І0аї,%1п спостерігали при частоті 2 цикл з. на 1% відносного подовження зростання ресурсу пластичності у 1,5 рази, що, однак, не супроводжувалося помітними змінами у рівні деформуючої напруги.

У підрозділі 5.2 розглянуто механічні характеристики метала -надпровідника при циклічній зміні нормального та надпровідного станів з частотою 2 циклі на 1% відносного подовження. Загальною закономірністю проведених випробувань був більш високий рівень деформуючого напруження тц(у), <тц(є) при циклічній зміні станів порівняно з нормальним тк(у), он(є), а також надпровідним тНвд(у), аНаД(є). Характерним також є те, що вплив перехідних процесів, пов’язаних зі зміною станів, має місце на всіх стадіях пластичної течії моно- і полікристалів.

Додатковий приріст при циклічної зміні станів іц - ти, <тц - с» для монокристала чистого свинцю зростає слабо, а для монокристала РЬ -5ат.% Іп та полікристалів значно збільшується з ростом у, є. Максимальну абсолютну та відносну різницю приросту напруження спостерігали поблизу межи міцності: для монокристала сплава РЬ - 5ат.% Іп (тц - tu) = 8 МПа, а (тц - тн)/ ти = 85%; для полікристала сплава

РЬ - Юат.% ín (стц - Сн) = 9 Мпа, а (стц - стн)/ ст„ = 10%. Зіставлення цих експериментальних даних вказує на тс, що дефектна структура монокристалу виявляється більш чутливою до перехідних процесів при зміні станів. Коефіцієнт зміцнення на всіх стадіях пластичної течії більший за умов деформування з циклічною зміною станів, хоча різниця 9ц - 0п порівняно з навантаженням в нормальному стані не дуже велика.

Для сплавів системи РЬ - Іп вплив циклічної зміни станів на рівень деформуючого напруження більш значний, ніж у чистому металі, при цьому для монокристала вплив домішок індію проявляється більш ефективно. Хоча зростання концентрації деформаційних та домішкових дефектів приводить до росту додаткового зміцнення, але зіставлення величини зміцнення з відповідними концентраціями дефектів різного типу показує, ідо деформаційні дефекти (дислокації) значно ефективніше впливають на перехідні процеси, шо, мабуть, може бути пов’язано з

динамічним розвитком дислокаційної структури на відміну від статичних домішкових дефектів.

Підрозділ 5.3 присвячений вивченню за методом залишкового електричного опору структурних змін в металі при навантаженні з циклічною зміною нормального та надпровідного станів. Як для moho-, так і для полікристала спостерігали додатковий приріст електричного опору порівняно з навантаженням в нормальному стані рц - ри, який зростає з є і становить на рівні є = 30% відповідно для моно- і полікристала чистого свинцю 0,63-Ю-10 Омм та 1,7-1010 Омм, при цьому відносна різниця становить 0,1 та 0,17.

У підрозділі 5.4 проаналізовано кореляція між додатковим зміцненням і більш інтенсивною генерацією дефектів при циклюванні станів і показано, що зміцнення має чисто структурну природу і повністю забезпечується надлишковою густиною дислокація порівняно з нормальним та надпровідним станами.

У цьому ж підрозділі розглядаються вирогідкі механізми перехідних процесів, ЩО спричиняють спостережені В роботі ЯБИЩа.

ВИСНОВКИ

1. Проаналізовані можливі методи усунення залишкового магнітного потоку із деформованого зразка і реалізовано спосіб, який базується на розмагнічуванні за допомогою коротких імпульсів електричного струму з густиною вищ; критичної. Це дало змогу вивчати у дисертаційній роботі дійсні значення зменшення деформуючого напруження при надпровідному переході.

2. Для чистого свинцю та його сплавів з індієм за умов відсутності залишкового иагнітного потоку вивчено вплив власних (деформаційні спотворення кристала, межі зерен) та домішкових дефектів на величину стрибка напруги при надпровідному г.ереході. На залежностях oT,u,«(y), 5гн.над(*) для сплавів виявлено мінімум на початковій стадії пластичної течії, що зміщується у область більших ступенів деформування з ростом концентрації домішок і розглянуто можяив> причину його появи.

3. Проведено зіставлення експериментально отриманих значені стрибка напруги при надпровідному переході при змінній в’язкост електронного газу з моделями,, у яких розглянуто інерційні термоінерційні та термофнуктуаційні механізми подалання рухомимі дислокаціями потенціальних бар'єрів і показано, що найкращий збіг :

експериментальними залежностями спостерігали для моделей, що враховують інерційні властивості дислокацій. .

Природа стрибка напруження проаналізована також з точки зору зниження висоти потенціального бар’єра на шляху рухомих дислокацій за рахунок різного екранування додатніх іонів у нормальному та надпровідному станах.

4. У моно- та полікристалах сплавів РЬ - (7-Ю-3 * 10 ат.%Іп) вивчене зростання деформуючої напруги при навантаженні у надпровідному стані порівняно з нормальним. Додатковий приріст напруження зростає з збільшенням ступеня деформації і не залежить від концентрації домішок.

Вивчення за методом залишкового електричного опору структурних змін у деформованих зразках дозволило встановити більш інтенсивну генерацію як точкових, так і лінійних дефектів при навантаженні зразків у надпровідному стані. У відповідності з моделями зміцнення кристалу має місце кореляція між додатковим зростанням напруги та надлишковою густиною дислокацій.

5. Досліджено особливості деформаційного зміцнення матеріалу з а рахунок перехідних процесів при циклічній зміні нормального та надпровідного станів. Рівень деформуючої напруги при такому зовнішньому впливі перевищує відповідні значення пра навантаженні тільки у одному із станів, а величина додаткового приросту напруги зростає при збільшенні концентрації деформаційних або домішкових дефектів.

Електричний опір деформованих у такий спосіб зразків вищий, ніж при навантаженні тільки у одному з станів. Лінійний зв'язок між додатковими приростами напруги та електричного опору вказує на структурний характер додаткового зміцнення. Запропоновано можливі механізми для пояснення цього явиша.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗДСБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ

ДИСЕРТАЦІЇ

1 .Крыловский B.C., Лебедев В.П., Пинто Симоэс В.М. Динамическое торможение дислокаций при разупрочнении металла-сверхпроводника /У Известия РАН, сер.физнческая. - 1995. - Т.59,№10. - С.23 - 28.

2.Крыловский B.C., Лебедев В.П., Савич В.М., Пинте Симоэс В.М, Измерение критических параметров сверхпроводника в импульсном режиме II Известия РАН, сер.физическая. - 1995. - Т.59,№10. - С.Н6 -123.

З.Лебедев В.П., Крыловский B.C., Пкнто Симоэс В.М. Влияние циклической смены нормального и сверхпроводящего состояний на

деформацию сплавов Pb-In // ФНТ. - 1997. - Т.23,№10. - С.1128-1130

Lebedev V.P., Krylovskii V.S., Pinto Simoes V.M Influence of cyclic change of normal and superconducting states on the deformation of Pb-In alloys // Low Temp.Phys.- 1997. - V.23>i 0 - P.848-850.

4.Lebedev V.P., Krylo/skii V.S., Pinto Simoes V.M. The change of dislocation drag force at sucerccr.ductlng transition // 14-th Conf. GCCMD-¡4. - Madrid. - 1994,- V.18A. - P.16L

5. Lebedev V.P,, Kryloviki! V.S., Pinto Simoes V.M. Hardening of metal at loading in norma! and superconducting states // 14-th Conf. GCCMD-14. ■ Madrid. -1994.- V. 18A. - P. 161.

6.Крыяовский B.C., Лебедев В.П., Пинге Симоэс B.M Динамичгское торможение дислокаций при разупрочнении металла-СЕерхпроводника // Труды III международ. конф. “Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов”. - Воронеж. - 1994. - С.58.

7.Крыловский B.C., Лебедев В.П., Савич С.В., Пинто Симоэс В.М. Измерение критических параметров сверхпроводника в импульсном режиме // Труды III международ. конф. “Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов”. - Воронеж. - 1994. -С.67.

8.Лебедев В.П., Крыловский B.C., Пинто Симоэс В.М. Динамическое, торможение дислокаций и деформационное упрочнение в сверхпроводниках // Труды И международ. школы - семинара “Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах”. - Барнаул, - 1994.

9.Лебедев В.П., Крыловский B.C., Пинто Симоэс В.М. Упрочнение сплавов системы свинец - индий в нормальном и сверхпроводящем состоянии II Труды конф. “Физические явления в твердых телах”. -Харьков. - 1995. -С .34.

10.Крыловский B.C., Лебедев В.П., Пинто Симоэс В.М. Действие электронного торможения дислокаций при сверхпроводящем переходе металла И Труды 2 коф. “Физические явления в твердых телах". -Харьков. - 1995. -С.35.

11 .Krylovskii V.S., Lebedev V.P., Pinto Simoes V.M. The influence of loading with cyclic change of normal and superconducting states on mechanical and structural characteristics of metals 11 15-th GCCMD. -Baveno-Stresa, Italy. - 1996. - V.20A. - P.106.

12.Лебедев В.П., Крыловский B.C., Пинто Симоэс В.М. Влияние смены нормального и сверхпроводящего состояния при деформировании на механические и структурные характеристики металла Н Труды IY международ. конф. “Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов”. - Воронеж. - 1996. - С.38.

13.Пинто Симоэс В.М..Крыловский B.C., Лебедев В.П. Изменение механических и структурных характеристик металла при циклической

смене нормального и сверхпроводящего состояний // Труды 3 конф. “Физические явления в твердых телах”. - Харьков. - 1997. -С. 183.

Віктор • Мануел Пінто Сімоес. Вплив стану електронної системи на пластичну деформацію свинцю та сплавів системи свинець-індій. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступіня кандидата фізико -математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. Харківський державний університет, Харків, 1998.

Дисертація містить результати експериментальних досліджень впливу перебудови електронної підсистеми металу на в’язке гальмування дислокацій і структурне зміцнення при деформації у кожному із станів -нормальному чи надпровідному або при їх циклічній зміні.

Вивчено залежність зменшення деформуючої напруги при надпровідному переході від концентрації дефектів кристалічної гратки. Зіставлення експериментальних залежностей з отриманими з теоретичних моделей деформування надпровідника показує, що краще узгоджуються з експериментом інерційні механізми подолання дислокацією бар’єру.

Вивчено додаткове зміцнення в чистому свинці та його сплавах при навантаженні у надпровідному стані порівняно з нормальним, а також пря циклічній зміні нормального та наднровідного станів. Характер відповідних структурних змін показує, що додаткове зміцнення має структурну «рироду і пов’язане з генерацією збільшеної кількості дислокації'1 при таких режимах випробувань. Запропоновано механізми для пояснення цих явищ.

Ключові слова: пластична деформація, дислокація, електрон, дефект, надпровідний перехід.

Виктор Мануэл Пинго Симоэс, Влияние состояния электронной системы на пластическую дефордіацлїо свинца и соллвов системы евннец-индий. -

Рукопись. ■

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физнко -математических наук по специальности 01.С4.07 - физика твердого тела. Харьковский государственный университет, Харьков, 1998.

Диссертация содержит результаты экспериментальных исследований перестройки электронной подсистемы металла на вязкое торможение дислокаций и структурное упрочнение при деформации в каждом из состояний - нормальном, сверхпроводящем или при их циклической

смене. Исследована зависимость уменьшения деформирующего напряжения при сверхпроводящем переходе от концентрации дефектов кристаллической решетки и в результате сопоставления с теоретическими моделями явления предпочтение отдается инерционным механизмам преодоления барьера дислокацией.

Исследовано дополнительное упрочнение ь чистом свинце и его сплавах при нагружении в сверхпроводящем состоянии по сравнению с нормальным и при циклической смзне нормального и сверхг.фоводящего состояний. Характер соответствующих структурных изадененйй показывает, что дополнительное упрочнение имеет структурную природу и связано с ¿'еперацией увеличенного количества дислокаций при таких режимах испытаний. Предложены механизмы для объяснения этих явлениий.

Ключевые слова: пластическая деформация, дислокация, электрон дефект, сверхпроводящий переход.

Victor Manuel Pinto Simoes. The influence of electron system state on plastic deformation of Pb and Pb-In alloys. - Manuscript.

Thesis applied for Ph.D in Physics and Mathematics on speciality 01.04.07-solid state physics. Kharkov State University, Kharkov, 1998.

The thesis contents the results of experimental researches about the influence of electron spectrum rearrangement on viscous electron-dislocation drag and structural strengthening under deformation in each of states - normal or superconducting or their cyclic change. The dependence of deformation stress decrease at superconducting transition 011 concentration of crystal lattice defects has been studied. The comparison with the theoretical models of phenomena shows that the best agreement is for inertial models of interaction dislocation with obstacles.

The additional strengthening in lead and lead-indium alloys at loading in superconducting state in comparison with normal one or at cyclic change of states has been researched. Corresponding structural changes show that additional strengthening is of strucrural nature and is connected with generation oflarger number of dislocations at such treatment.The mechanisms for explanation, of these phenomena have been proposed.

Key words: plastic deformation, dislocation, electron, defect,

superconducting transition.