Файл: Троицкий О.А. Радиация и прочность твердых тел.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.07.2024

Просмотров: 96

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 6. Отжиг радиационных нарушений

Остановимся теперь коротко на возможности про­ цессов возврата или отжига радиационных дефектов.

Каждой данной температуре отвечает существова­ ние в решетке термодинамически равновесного числа вакансий и внедренных атомов. Поскольку вакансии об­ разуются примерно в пять раз легче внедренных -ато­ мов, равновесными тепловыми точечными дефектами являются, а основном, вакансии.

Если температура кристалла увеличивается, то в ма­ териале рождаются новые вакансии и общее число их

опять

будет

соответствовать

термодинамическому

рав­

новесию. При понижении температуры, наоборот,

часть

дефектов исчезнет тем или иным

путем.

 

 

В

случае

облучения решетки

быстрыми

частицами

число

вакансий и внедренных

атомов резко

увеличива­

ется и становится в вопиющее противоречие

с термоди­

намическими возможностями решетки. Вполне естест­

венно, кристаллическая

решетка

стремится

избавиться

от навязанных ей извне

лишних

дефектов.

В связи с

этим начинаются процессы возврата или отжига дефек­

тов,

в

ходе

чего

уменьшается

общее

число вакансий

и

внедренных

атомов.

 

 

 

 

 

Таким

образом, когда

концентрация

дефектов

в

твердом

теле превышает

равновесную

концентрацию,

то эти

дефекты

начинают

двигаться,

взаимодействовать

друг

с

другом,

с внутренними

стоками в

кристалле,

а

т а к ж е

с

поверхностью образца

с тем,

чтобы уменьшить

свободную энергию кристалла. В процессе отжига де­ фектов, особенно при высоких температурах, могут пол­

ностью

исчезнуть лишние

дефекты,

а вместе

с ними

исчезнут и те

изменения

свойств

материала,

которые

были

связаны

с облучением.

 

 

Процессы отжига в решетке многолики, они гораздо разнообразней, чем причины, вызвавшие их. Действи­ тельно, одиночные дефекты стремятся друг к другу и образуют двойные дефекты. Двойные дефекты двига­ ются у ж е быстрее. Они могут соединяться как с одиноч­ ными дефектами, так и с двойными, тройными и т. д.

дефектами. Скопления

четырех,

пяти

и

т. д. стано­

вятся у ж е малоподвижными,

но

и они

в процессе отжи­

га могут увеличиваться

или

уменьшаться

в зависимое-

ти от того

однотипный или

противоположный

дефект

подходит к скоплению. Таким

образом,

в твердом теле

происходит

сразу множество

процессов

отжига,

кото­

рые характеризуются различными скоростями. Процес­ сы с небольшой энергией активации (например, объеди­ нение дивакансий) протекает быстрее, а с высокой энергией активации — существенно медленнее. Сущест­ вуют области температур с постоянной энергией акти­ вации, их обычно разделяют области отжига, в которых энергия активации постоянно растет с увеличением тем­ пературы. Эти стадии отжига носят название переход­ ного отжига.

Чтобы понять природу происходящего процесса отжига необходимо изучать одновременно возврат нескольких •свойств твердого тела. Как это реально делается? Во-первых,

облучение материала

проводится такого рода частицами, ко­

торые дают дефекты

только

одного ИЛИ двух

типов с бо­

лее ИЛИ менее равномерным

распределением

их в объеме

материала. Этим целям отвечают, например, быстрые элек­

троны (энергии выше 1 Мзв)

и 7 — кванты,

испускае

ые

изотопом Со 0 0 , также обладающие энергией несколько

вы­

ше 1Мэв. В обоих случаях в

материале образуются только

одиночные внедрённые атомы и вакансии.

 

 

Во-вторых, объекты берутся строго одинаковых раз­

меров, чтобы роль поверхности в процессах

отжига

бы­

ла одинаковой. Подготовка образцов к опыту, их внут­

ренняя структура должны

быть т а к ж е одинаковыми с

тем, чтобы условия по внутренним

стокам

для дефек­

тов были бы

равными.

 

 

 

В-третьих,

исследуется

возврат

сразу

нескольких

свойств облученного материала. Например, можно од­

новременно

исследовать (на разных образцах

из од­

ной и той

ж е партии) изменение механических

свойств

и внутреннего трения материала, провести дилатометри­ ческие измерения, изучить электрические свойства и оп­ ределить потери накопленной энергии в облученных образцах . Именно такой комплексный подход предопре­

делит

успех

исследования.

 

 

По изменению механических свойств и внутреннего

трения

можно

определить

взаимодействие

радиацион­

ных дефектов

со скользящими дислокациями. Из дила­

тометрических

исследований можно сделать заключе­

ние о

типе взаимодействия

дефектов между

собой, а из

электрических

свойств — о

порядке

происходящих

ре­

акций и энергиях активации. Эти

ж е сведения

могут

быть определены и уточнены из опытов с оценкой

по­

терь накопленной в результате облучения энергии.

 

Многочисленные исследования показывают, что про­

цессы отжига

затрагивают

сначала

внедренные

атомы.

Раньше мы уже указывали,

что они

имеют энергию

ак­

тивации перемещения примерно в десять раз меньше

энергии

активации перемещения

вакансий.

Сначала

происходит рекомбинация внедренных

атомов

с

близле­

ж а щ и м и

неподвижными

вакансиями.

Затем

могут

об­

разоваться комплексы из внедренных атомов

и

вакан­

сий. З а

этим

следует

спаривание

внедренных

атомов

между собой

и образование скоплений

внедренных

ато­

мов. Дальнейшее повышение температуры может при­ вести к распаду комплексов из внедренных атомов и примесных атомов, а т а к ж е к растворению скоплений внедренных атомов. В это время начинают у ж е дви­ гаться вакансии. Они образуют ди- и три вакансии. За ­ тем возникают скопления вакансий. Часть вакансий гибнет при встрече с внедренными атомами. Одним сло­ вом, процессы отжига, действительно, чрезвычайно сложны и многолики. Дополнительную неопределен­ ность вносит присутствие в твердом теле различных не­ совершенств структуры.

В последнее время процессы отжига радиационных дефектов стали успешно изучаться с помощью электрон­

ных вычислительных

машин.

Этим методом

представ­

ляется возможным

проверить

сразу много

вариантов

и выбрать тот из них, который

наиболее полно отвечает

экспериментальным

данным.

 

 

 

Г Л А В А

I I I

 

ДИ С Л О К А Ц И И

§1. Методы испытания на прочность

Основой д л я исследования-прочности твердых тел на протяжении многих десятков лет служили методы ме­ ханического испытания, в первую очередь растяжения и сжатия . Используют т а к ж е и более сложные напря­ женные состояния: изгиб, кручение и т. д.

4г

49

Рассмотрим наиболее

простой метод механического

и с п ы т а н и я — р а с т я ж е н и е

с постоянной скоростью. Возь­

мем цилиндрический монокристаллический образец и бу­ дем его растягивать. Поскольку образец был взят мо­ нокристаллическим, деформация его будет протекать равномерно. На поверхности образца по мере растяже ­ ния будут появляться эллипсообразные параллельные друг другу линии, которые называют «линиями сколь­ жения». На рис. 10 наглядно показан механизм возник­ новения этих линий.

Р и с .

10.

Механизм

возникновения

линий скольжения при

 

 

 

деформации кристалла.

 

Оказывается,

при

растяжении

кристалл

сдвигается

по одним

и

тем

ж е

плотноупакованиым

плоскостям,

которые называются плоскостями скольжения. Относи­

тельное

смещение

слоев,

находящихся

на единичном

расстоянии,

называют

кристаллографическим

сдвигом.

Сдвиг происходит обычно в определенном

направлении,

именуемом

направлением

скольжения.

Совокупность

плоскости

скольжения

и

направления

скольжения

об­

разуют

систему

скольжения

кристалла.

Поскольку

в

к а ж д о м

типе кристаллических

решеток

имеется

несколь­

ко плотных плоскостей и направлений скольжения, то

различают соответственно

несколько

систем

скольже­

ния. На рис.

10

была показана

только одна

система

скольжения,

а их,

например,

в

гранецентрированной ку­

бической решетке

может быть

12.

Та

система скольже­

ния, которая

в силу условий опыта проявилась

первой,

Смотрите также файлы