Нетепловая генерация вакансий




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Нетепловая генерация вакансий

Нетепловая генерация вакансий

26.07.2017


Термически активируемая диффузия вакансий к ступенькам (или от них) вызывает переползание краевой дислокации. Обратное (по своей механике) явление — нетепловая генерация вакансий ступеньками скользящей винтовой дислокации. Имея тот же вектор Бюргерса, что и вся винтовая дислокация, ступенька оказывается краевой (рис. 43). Поэтому двигаться вместе со всей дислокацией, т. е. по нормали к своей плоскости скольжения (см. рис. 43), она может только неконсервативно. Если диффузионного притока вещества к ступеньке нет, избыточная полуплоскость за ней не достроена: за движущейся ступенькой высотой b тянется цепочка вакансий (при высоте mb тянется m цепочек — слой вaкансий). Тепловые колебания разрушают цепочки, и вакансии рассыпаются по объему решетки.
На пути b работу образования этих вакансий mUv совершают приложенные к ступеньке силы натяжения дислокации T (см. рис. 43). Наибольшая возможная работа (когда угол ф = 0) составит 2Тb. Вакансии рождаются, если

В противном случае ступенька неподвижна, а от нее тянутся две дислокации (образующие диполь). Поскольку T = aдGb2, a Uу = aVGt3, условием подвижности ступеньки при av = 1/4; ад = 1/2 будет m < 2ад/аV = 4. Генерация вакансий возможна на ступеньках высотой не более 3b, иначе ступеньки будут неподвижными.
При движении в обратном направлении та же ступенька должна бы оставлять за собой избыточную полуплоскость шириной mb (при m=1 - цепочку межузельных атомов). Ho их энергия UМА = (2...4) Uv и из того же баланса энергии видно, что генерация межузельных атомов ступеньками гораздо труднее. Она маловероятна, а при m > 1 невозможна.

Тогда на одной и той же винтовой дислокации все ступеньки одного знака (например, “вверх” от плоскости скольжения) могут двигаться вместе с дислокацией и генерировать вакансии, а ступеньки другого знака неподвижны. В замкнутой системе дислокации того и другого знака встречаются одинаково часто. В изотропной дислокационной структуре нет разницы между общей плотностью дислокаций р и плотностью леса дислокаций, пронизывающих плоскость скольжения. Винтовая дислокация длиной l, пройдя путь х, приобретает N = рlх/2 ступенек высотой b (множитель 1/2 учитывает, что не всякое пересечение дает ступеньку). Из них N/2 ступенек каждого знака.
За ступенькой на дислокации должен тянуться “мыс” (см. рис. 43), и расстояние между ними l/N ~ рх . Мысы наблюдаемы электронномикроскопически, но гораздо реже, чем ожидается. Причина в том, что ступеньки могут и аннигилировать, скользя вдоль винтовой дислокации. Как бы ни изгибалась дислокация, скользит ступенька (по отношению к решетке) строго по прямой от точки своего рождения вдоль вектора Бюргерса b (рис. 44). Поэтому количество вакансий зависит от соотношения скоростей скольжения ступеньки (по оси у на рис. 44) и скольжения дислокации (в среднем - по оси х).
Нетепловая генерация вакансий

Если бокового скольжения и аннигиляции ступенек разного знака нет, то при пробеге дислокации х = y/pb каждая ступенька проходят в среднем путь х/2 и рождает п = х/2b вакансий. Все дислокации в объеме V, пробегая площадь F = рVx = уV/b, приобретают N = Fp/4 “вакансионных” ступенек Тогда верхняя граница концентрации вакансий, созданных пластической деформацией у,

Концентрация cV у нижней границы, когда ступенька под действием силы натяжения дислокации скользит с той же скоростью, что и дислокация. Пройдя путь х вместе с дислокацией (неконсервативно), она перемещается (скольжением) вдоль нее на расстояние у = х. Аннигиляция произойдет, если площадку ху = х2 пронизывает хотя бы одна дислокация, порождающая ступеньку другого знака, т. е. 1/4рх2 = 1. Тогда пробег ступеньки до аннигиляции х = 2/Vp, и она успевает испустить n = х/b вакансий, так что концентрация вакансий:

По измерениям аннигиляции позитронов прокатка никеля с деформацией у = 90% (до плотности дислокаций р ~ 10в11 см-2) создает концентрацию вакансий cV ~ 10в-4 . Это сравнимо с cV ~ 5*10в-4 из (3), так что скорости скольжения дислокации и бокового скольжения ступенек на ней, видимо, сопоставимы. Сопротивление скольжению от генерации вакансий может быть сравнимо с сопротивлением полей дислокаций.
Сильная пластическая деформация может создать такую же концентрацию вакансий, как при точке плавления. Их сток может влиять на превращения в деформированном сплаве через образование центров зарождения фаз из гнезд вакансий. Ho не через ускорение диффузии на макроскопические расстояния, так как путь диффузии примеси замещения за время стока вакансий составляет всего долю VAcV от пути стока.
Генерация ступеньками не зависит от температуры, но вакансии сохраняются и накапливаются, лишь пока время стока т больше времени деформации. Тогда при скорости деформации у* установившаяся концентрация неравновесных вакансий будет такая же, как от деформации у ~ ту*. Все вакансии сохраняются до конца деформации при условии ту* ~ 1, т е. при скорости деформации у* > рDv.
По угловому распределению у-лучей, испускаемых при распаде имплантированного изотопа 111In, выявилось, что при 77 К деформация золота на 60% порождает вакансии, их пары и тривакансии. По ядерному гамма-резонансу на ядре 57Co находили также появление вакансий после деформации алюминия при 4...80 К.
Если деформация идет при 20 С, созданные ею вакансии тут же и стекают. Ho в растворах с 1%(ат.) In, Pb, As, Sb, Zn, Ge в никеле их удавалось удержать в группах-кластерах с атомом примеси в центре, обнаруживаемых по аннигиляции позитронов. Так же зарегистрирован сток вакансий после деформации меди (с 0,2%As) на 70% при 20 С.
Рекордные концентрации вакансий следует ожидать после мартенситного превращения, где деформация аккомодации создает до р ~ 10в12 см-2 дислокаций, и все вакансии замораживаются резким охлаждением. Гнезда вакансий служат центрами последующего распада углеродистого мартенсита. Генерацию вакансий в циклах мартенситного превращения проследили по аннигиляции позитронов в сплаве Cu-Zn-Al. В р-латуни за 60...70 циклов превращения концентрация вакансий вырастала на порядок, а далее накопление замедлялось.