ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 90
Скачиваний: 0
(например, при деформации) приведет к увеличению ско рости радиационного повреждения. Об этом эффекте мы уже упоминали. Число точечных дефектов, возникающих по этому механизму, пропорционально плотности дисло каций. Линейная зависимость имеет место до тех пор, пока дислокации не экранируют друг друга. Наибольший дислокационный вклад равен почти 50% при плотности дислокаций ~ 101 3 слг2, и в этой области степень увели чения повреждения будет пропорциональна плотности дислокаций.
Атомы примеси, закрепленные |
на |
дислокациях, |
|
имеют меньшую пороговую энергию |
смещения,-чем при |
||
месь в нормальном положении |
решетки. Взаимодействие |
||
фокусирующихся столкновений |
с примесью |
увеличивает |
число точечных дефектов в кристалле. Число произве денных пар Френкеля пропорционально концентрации примесей до тех пор, пока значение атомов примеси, сме щенных фокусонами, не станет равно полному числу фокусонов. Затем степень повреждения становится по стоянной и независимой от концентрации примесей.
§ 7. Взаимодействие точечных дефектов с дислокациями
Дислокации могут играть роль ловушек для точечных дефектов. Дислокации могут служить т а к ж е источника ми и стоками для точечных дефектов. Следовательно, дислокации играют ведущую роль в установлении тер модинамически равновесной концентрации точечных де фектов и их комплексов.
Рассмотрим число скачков вакансий до исчезновения в стоке на плоскости базиса гексагональных металлов. Если координационное число равно Z, то вероятность элементар
ного перехода равна |
В плоскости базиса - g - = |
Чис |
ло отдельных узлов, в которые вакансия может попасть за п шагов, равно S = б + В/г. Для больших п справедливо S = Вп. Величина В равна В=^ 0,7. Следовательно, S — 0,7 п.
Допустим, в плоскости базиса имеются стоки в виде дислокаций, пересекающих плоскость базиса. Такие стоки имеют неограниченную емкость. Пусть р — атомная доля таких стоков. Если р — вероятность сохранения дефекта после п переходов, то вероятность исчезновения дефекта равна произведению р на вероятность перехода, в новый узел
а и на вероятность р того, что последний окажется в непо средственном соседстве с ядром дислокации.
Следовательно |
|
— — = ра$ . |
|
|
|
||
откуда |
|
|
p = |
e~a?n |
|
|
|
Среднее |
число |
переходов до |
исчезновения |
дефекта |
най- |
||
|
|
1 |
|
00 |
|
|
|
дется как |
~g = |
\ п |
( _ „рч = |
j в с п е |
~ d / і |
= А - |
( 3 6 ) |
|
|
0 |
|
0 |
|
°Р |
|
Изменение механических свойств |
твердых тел в |
свя |
|||||
зи с их облучением |
частицами |
высоких энергий объясня |
ется, в основном, взаимодействием дислокаций с радиа
ционными |
точечными дефектами. |
Это |
взаимодействие |
|
чрезвычайно сложное и включает в |
себя |
взаимодействие |
||
как |
с одиночными вакансиями и с |
внедренными атома |
||
ми, |
так и |
комплексами точечных |
дефектов. |
При очень низких температурах порядка единиц гра дусов Кельвина точечные дефекты, возникшие в резуль тате облучения, распределены более или менее равно мерно в объеме кристалла. Но уже в этих условиях на них оказывают определенное действие упругие поля дис локаций, которые контролируют весь объем кристалла. Проследим, что произойдет со сложным ансамблем внед ренных атомов, вакансий и дислокаций-при постепенном повышении температуры. Сначала при достижении тем пературы десятка или двух десятков градусов Кельвина начнут двигаться внедренные атомы, которые имеют очень малую энергию активации движения (примерно в десять раз меньшую, чем вакансии) . При этом вакансии и дислокации остаются неподвижными. Те и другие мо гут быть местом стока внедренных атомов. В первом случае при встрече внедренного атома с вакансией про исходит аннигиляция. Во втором случае дислокация при обретает порог, если внедренный атом осаждается не посредственно на ее линии, либо захватывает его в растянутую область решетки в районе ядра дислокации. Протяженность дислокаций и значительные упругие поля напряжений от них обусловливают то, что основными стоками для точечных дефектов являются дислокации. Вслед за внедренными атомами при повышении темпе ратуры начинают двигаться вакансии, которые имеют
у ж е стоки только в виде дислокаций. Они оседают на линиях дислокаций, либо останавливаются в сжатых об ластях решетки в районе ядра дислокации.
Таким образом, точечные дефекты, стремящиеся к дислокациям, могут иметь двойную судьбу. Одни могут аннигилировать на линии дислокации с образованием ступенек. Другие собираются в центре дислокации и не уничтожаются, а образуют вдоль линии дислокации поры атомного масштаба, либо, наоборот, комплексы внедрен ных атомов. Во всех указанных случаях дислокации за крепляются. В этом причина широко известного на прак тике радиационного упрочнения.
§ 8. Участие точечных дефектов во внутреннем трении
Возникновение |
внутреннего |
трения в |
металлах |
связано, в основном, |
с движением |
дислокаций |
и взаимо |
действием дислокаций с точечными дефектами. Фон внутреннего трения может быть связан т а к ж е с переори ентацией под действием внешних переменных напряже ний комплексов точечных дефектов. Как будет показано в разделе комплексных дефектов, компактной конфигура цией является тривакансия. Один из атомов базисной плоскости в гексагональных кристаллах может сместить ся в центр комплекса, и тривакансия распределится по четырем атомным позициям, а, срелакенровавшись, атом займет центр тетраэдра. Другая возможность стабили зации тривакансии заключается в том, что происходит релаксация двух атомов из соседних плоскостей в поло жение, симметричное относительно фигуры октаэдра. Релаксация напряжений в процессе внутреннего трения
может быть |
частично связана |
с резонансом между тет- |
||||
раэдрической |
и октаэдрической |
конфигурациями |
трива |
|||
кансии. |
|
|
|
|
|
|
|
В связи с наличием изолированных точечных дефек |
|||||
тов, занимающих либо октаэдрические, либо |
тетраэдри- |
|||||
ческие места, не может быть |
механической релаксацией |
|||||
напряжений. Вместе с тем в случае, если возможна |
реак |
|||||
ция |
между |
дефектами, а |
именно — если |
возможны |
||
прыжки межузельного атома |
из |
октаэдрических |
пустот |
|||
в тетраэдрические и наоборот, то появляется |
механиче |
|||||
ски активная мода и возможна |
механическая релакса |
|||||
ция |
напряжений. |
|
~" |
|
|
§ 9. Простейшие комплексы точечных дефектов
Из предыдущего ясно, что комплексы |
из. двух или |
||
трех |
вакансий являются |
устойчивыми. Энергия образо |
|
вания |
дивакансий равна |
удвоенной энергии |
образования |
моновакансий минус энергии связи дивакансий. Энергия связи дивакансий в благородных металлах составляет приблизительно 0,06 от энергии Ферми. Следовательно, для этих металлов типичным значением энергии связи
является |
~ |
0,3 |
эв. Д в е |
вакансии |
притягиваются друг |
||
|
|
|
|
|
о |
|
|
другу на |
расстояниях, |
меньших |
~ 7 А , |
а на |
больших |
||
расстояниях |
в |
заметной |
степени |
не взаимодействуют. |
|||
• Крупные |
комплексы |
вакансий |
еще |
мало |
изучены. |
Известно только, что релаксация одного или более ато мов в комплексе вакансий стабилизирует конфигурацию. Такого рода релаксация дает большой вклад в энергию связи.
Теоретические расчеты показывают, что у тривакансии
энергия активации |
перемещения |
существенно |
больше, |
чем у моновакансий |
и немного |
больше, чем |
у дива |
кансий. Следовательно, трмвакансия является наимень шим комплексом вакансий, обладающихся в то ж е вре мя самой высокой устойчивостью и малой подвижностью. Тривакансия являются, по сути дела, зародышем мини мального размера при образовании пор в материале.
Тривакансии |
весьма устойчивы, потому что имеют боль |
|||||
шей |
частью |
тетраэдрическую |
конфигурацию |
(рис. |
6). |
|
Д л я |
того чтобы перемещаться, |
тривакансия должна |
ча |
|||
стично диссоциировать, а |
в исходном устойчивом состоя |
|||||
нии один атом находится |
в релаксированном |
положении |
в центре тетраэдра. Вокруг него находятся четыре «ча стичные вакансии». При движении такого комплекса в тем или ином направлении требуются большие пе рестройки и соответствующие атомы меняются функ циями.
Рассмотрим тривакансии в плоскости базиса гекса гональных металлов. Будем предполагать, что комплекс образовался путем объединения моновакансий, исходная концентрация которых в кристалле известна. На рис. 26 приведены семь геометрически различимых плоских кон фигураций тривакансии, включающих в себя 31 конфи : гурацию, не повторяющих друг друга путем операции простой трансляции в плоскости (0001).
Р и с . 26. Семь геометрических ры.ушчиых плоских конфигурации триваканспй, включающих в себя 31 конфигурацию не повторя ющегося путем операции простой трансляции.
I —«стабильная» |
конфигурация; |
|
|
|
|
|
||||||
I I — п е р е х о д в «стабильную» |
конфигурацию |
дости |
||||||||||
гается за |
один |
акт диффузии |
(атом |
1 перехо |
||||||||
дит в |
положение 2); |
|
|
|
|
|
|
|
||||
I I I — нестабильная |
конфигурация; |
переход |
к «ста |
|||||||||
бильной» |
|
происходит за один акт диффузии |
||||||||||
(атом |
1 переходит в положение 2); |
|
|
|
||||||||
I V — н е с т а б и л ь н а я конфигурация; |
переход |
к |
«ста |
|||||||||
бильной» |
|
происходит |
за два акта |
диффузии |
||||||||
(атом |
1 переходит |
в |
положение |
2, атом |
3 — |
|||||||
в положение 4); |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
V — плотная |
линейная |
конфигурация |
тривакансии |
|||||||||
в направлении |
типа < 1 1 2 0 > ; |
переход |
к |
«ста |
||||||||
бильной» |
|
конфигурации |
достигается |
за |
два |
|||||||
акта |
диффузии |
(атом |
1 переходит |
в положе |
||||||||
ние 2; атом |
3 — в положение |
1); |
|
|
|
|
||||||
V I — линейная |
|
конфигурация |
тривакансии |
в |
нап |
|||||||
равлении |
|
типа |
< 1 0 1 0 > ; |
переход |
к |
«стабиль |
||||||
ной» |
конфигурации |
происходит |
за |
счет |
трех |
|||||||
актов |
диффузии |
(атом |
1 — в положение 2, |