ГлавнаяКак и любые дефекты решетки, вакансии должны сколько-нибудь влиять на все физические свойства металла. Когда некоторое свойство меняется во времени при постоянной температуре, по нему можно бывает судить об изменении концентрации вакансий по мере их рождения или стока. Из кинетики стока определяется и энергия активации миграции вакансий.
При “прямых” методах измеряемый эффект связан (в данных условиях) только с вакансиями. Например, по изотермическому изменению аннигиляции позитронов измеряли сток вакансий в FeAl. “Обратной закалкой” - нагревом со скоростью 10в4...10в5 К/с (разрядом конденсатора или индукционно) — создают неравновесное состояние с дефицитом вакансий. За время последующей “изотермической выдержки” (20 мс) при высокой температуре (0,67 Tпл) измеряли темп рождения вакансий в золоте по изменению аннигиляции позитронов (подсчитывая кванты за каждые 2 мс, но зато с повтором в 10в6 циклах нагрева-охлаждения), и отсюда энергию миграции вакансий UМ.
В “косвенных” методах измеряют изменение некоторого макроскопического свойства, а системой вспомогательных экспериментов и оценок выделяют из наблюдений вклад собственно вакансий. Выбор метода определяется его избирательностью, чувствительностью и возможностью калибровки (возврата к абсолютной величине cV).
При попытках найти cV из зависимости объема, теплосодержания, электросопротивления от температуры главный вклад в их нелинейность вносит ангармонизм. Заряды вакансии и примесного атома сравнимы, поэтому следует ожидать прироста электросопротивления от вакансий Ap = KAcV и K ~ 10в-8 Ом м/% (ат.) вакансий (как и для примесей). Тогда при точке плавления вклад вакансий Ap ~ 10в-10 Oм*м составит 0,1 % от “собственного сопротивления” металла р(Tпл) ~ 10в-7 Ом*м. Это на пределе возможностей измерения при высокой температуре и малом времени.
Отделить вклад вакансий можно лишь во времени (тепловое расширение решетки происходит со скоростью звука, а заполнение ее вакансиями — по экспоненциальному закону (2.3.3) с постоянной времени т ~ R2/DV). Около Tпл время т ~ 1с при радиусе стока R ~ 100 мкм, и при крупном зерне и очень низкой плотности дислокаций можно наблюдать “обратную закалку”: рост электросопротивления при T = const по мере приближения cV к равновесию после скоростного нагрева (рис. 12, а).
В 60-х годах предлагался ряд “динамических”, “модуляционных” методов, где переменный ток вызывает колебания температуры T(t) с частотой тока w, а колебания свойства у (t) (длины, электросопротивления, теплосодержания) отстают по фазе от T(t) из-за вклада вакансий. Однако в расчет cV входит температурный коэффициент у с неизвестным вкладом ангармонизма, отчего концентрация cV0(Тпл) завышалась до двух порядков.
Надежнее схема “прямой закалки”: наблюдение медленного изотермического стока избытка вакансий при низких температурах (и низком р) — после закалки. В жидком гелии можно довести эффект Ар/р до 10в-1. По этой схеме (рис. 12, б) после закалки с разных температур Т1 измеряется кинетика падения р(0 при одной и той же температуре T2. После экстраполяции р(t) к t—> 0 и t —> 00 определяется полный эффект Др. Следует ожидать InAp = InА + InK - UV/kT, т. е. наклон прямой In Aр(1/7) указывает энергию вакансии UV (а при A = 1 — также cV0( 7) и постоянную калибровки К).
Ta же техника позволяет измерять энергию активации миграции вакансий UМ (рис. 12, в): если после закалки вакансий от одной температуры T1 определить из р(r) в виде (2.3.3) характерное время стока вакансий т для нескольких изотерм T2, то из (2.3.4) следует In т = In т0 - UМ/kT, так что прямая In т (1/7) имеет наклон UМ/k. Чтобы определить энергию активации миграции UМ, сопоставляют время равных изменений Ap при T3 и T2 либо скачок скорости р*(Т3)/р*(Т2) при скачке температуры.
Достижимая точность определения UV и UM находится в тех же пределах (5...10 %), что и для прямых методов, но здесь больше систематических ошибок от недостаточно резкой закалки (w < 10в3 К/с) и непостоянства условий стока. Полное сохранение вакансий от точки плавления не всегда гарантировано, даже когда тонкую (~ 0,1 мм) ленту закаливают в двух встречных (уравновешенных) струях воды высокого давления (w = 3,4*10в5 К/с), в сверхзвуковой струе водорода или в сверхтекучем жидком гелии.
Измерения по той же схеме, как на рис. 12, методами дилатометрии, микрокалориметрии, термоЭДС и другими при тех же принципиальных ограничениях давали еще и худшую чувствительность, чем электросопротивление.
Все “закалочные” методы пригодны только для чистых металлов: растворение или выпадение 10в-2 % (ат.) примеси даст тот же эффект, что и все вакансии.
Энергию взаимодействия вакансии с атомом примеси определяют из прямо измеренных равновесных концентраций сV0 в твердом растворе и в чистом металле. В измерениях UVA по кинетике стока вакансий много допущений о механизме процесса, а подсчет числа пар VA в автоионном микроскопе трудно довести до надежной статистики.