Оценки скорости дислокаций по скорости течения у* дают нижнюю границу: v > у*/рb, так как плотность движущихся в каждый момент дислокаций может быть много меньше, чем их общая плотность р. Так же и по внутреннему трению — рассеянию энергии при циклическом нагружении — подвижность дислокаций v(x) в зависимости от напряжения т сравнивают лишь качественно (для “амплитуднозависимого внутреннего трения” с амплитудой т ~ 10...100 МПа меняются и скорость, и плотность движущихся дислокаций).
Прямые методы (Гилман, 1959 г.) измеряют пробег одиночной дислокации х за время t приложения постоянного напряжения т в плоскости скольжения монокристалла: t ~ 10в-6...10в5 с. Дислокацию наблюдают либо по точке выхода на поверхность кристалла (по ямкам травления до и после нагружения), либо дифракционными методами непосредственно в объеме. Пробег дислокации измерим, если он больше поперечника ее изображения, но меньше поля зрения. Поэтому наблюдаемый диапазон пробегов составляет 1...2 порядка. Удается измерить скорости в диапазоне 6...10 порядков (v ~ 10в-7...10в3 см/с) по ямкам травления и 10в-5...10в-3 см/с в электронном микроскопе.
Видеозапись движения дислокации in situ пока больше средство демонстрации эффектов, чем измерения подвижностей. Источник Франка — Рида обычно не помещается в поле зрения электронного микроскопа, но в твердом растворе Cu — Al (с низкой энергией дефекта упаковки) удалось наблюдать in situ действие пары одноконечных источников в общей плоскости скольжения, синхронно испустивших по десятку дислокаций. Есть электронномикроскопические видеозаписи размножения дислокаций в алюминии и ниобии. Чтобы ослабить влияние поверхности, для трансмиссионной электронной микроскопии движения дислокаций нужна "толстая” фольга (h > 1 мкм), а чтобы ее “просветить” - напряжение не менее 500 кВ
В световом микроскопе при мощном освещении лазером и съемке с усилителем яркости делалась видеозапись (30 кадров в секунду) движения дислокации в прозрачном кристалле KCl. При низкой плотности дислокаций (в полупроводниковом кремнии) получили видеозапись движения дислокаций in situ и при рентгеновской топографии.
Винтовая дислокация лежит в “долине” потенциального рельефа плоскости скольжения и для ее движения необходимо рождение двойных перегибов. Оно заметно по внутреннему трению на частоте собственных колебаний ядра дислокации - 10в3...10в6 Гц при низкой температуре (0,05. 0,07Тпл). Такой пик Бордони есть в металлах с любой решеткой, но он не связан прямо с плотностью дислокаций, так как нарастает по мере деформации лишь до у < 3 %
Чтобы измерить частоту образования и скорость перегибов на дислокации (в ковалентном кристалле — германии), нагрузку прикладывали короткими (по 45 мс) прямоугольными импульсами. При одинаковом суммарном времени нагружения путь дислокации был тем больше, чем меньше паузы между импульсами: при коротких перерывах “используется остаток старых перегибов”, не успевших аннигилировать за время прошлого импульса. Отсюда находят скорость перегиба, а из зависимости суммарного пути от длительности одного импульса - частоту рождения двойных перегибов.
Прямые измерения скорости дислокаций v(т) требуют большой статистики: наблюдаемые скорости отдельных дислокаций могут в идентичных условиях различаться в несколько раз из-за разной их кривизны, плотности ступенек, сегрегации примеси, взаимодействия с другими дислокациями или с поверхностью. А в обычае оценивать v(т) по наибольшему из наблюдаемых пробегов — большой риск (как и всегда при работе с плохо воспроизводимым “хвостом” статистического распределения).
Главная