Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
новятся междоузельные атомы. Проведенные в последнее время эксперименты [21] показали, что в золоте, деформированном при 77 К. образуются междоузельные атомы с энергией миграции около 0,15 эВ, но они составляют только 10—20% общего числа дефектов. Перемещение междоузельных атомов происходит при 77 и 90К и влияет на величину электросопротивления. При комнатной температуре возврат сопротивления происходит в значительно большей степени и энергия миграции составляет около 1 эВ, что близко к энергии движения вакансий в золоте.
§ 6. Структурные данные о существовании точечных дефектов в деформированных металлах
При исследовании кристаллов кремния, декорированных медью [22], были получены некоторые данные о существовании «хвостов» междоузельных атомов и вакансий позади дислокационных ступенек. Подобные эффекты наблюдались также при травлении кристаллов хлористого натрия [23] и фтористого лития [24]. По-видимому, наиболее убедительные результаты получил Прайс [25] при электронно-микроскопических исследованиях тонких фольг цинка и кадмия. В этих кристаллах движение краевых дислокаций происходит однородно на большие расстояния, но винтовые дислокации при поперечном скольжении образуют многочисленные ступеньки, которые тормозят движение винтовых дислокаций, создавая ряды дислокационных петель (фиг. 10.9). Наблюдения позволяют предположить, что петли образуются при взаимодействии дислокаций и уничтожаются путем диффузии точечных дефектов. Подобные петли были обнаружены в кристаллах MgO [26], но их происхождение было связано с дисками вакансий. Все возрастающее количество данных свидетельствует о том, что такой тип взаимодействия дислокаций с точечными дефектами имеет место очень часто.
Фиг. 10.8. Взаимодействие дислокаций с образованием точечных дефектов [45].
ясен, отчасти потому, что междоузельные атомы легко устраняются дая^е при низких температурах. Эксперименты по изучению изменения электросопротивления деформированного металла при отжиге, которое увеличивается, начиная от самых низких температур, показали, что имеется преобладание дефектов с энергией активации, свойственной движению вакансий, а не междоузельных атомов. Так, например, в меди [20], деформированной при температуре жидкого гелия, заметный возврат свойств наблюдается при 300 К, что отвечает температуре подвижности вакансий, но не при 77 К, когда подвижными ста-
Образование точечных дефектов в металлах
237
Имеются также ограниченные экспериментальные свидетельства образования тетраэдрическнх дефектов упаковки в деформированных металлах
Фиг. 10.9. Ряды дислокационных петель в цинке (электронная микрофотография,
X 27 ООО) 146].
и сплавах с низкой эпергией дефекта упаковки. Тетраэдры были обпаруже-пы в деформированных серебре [27] и сплавах серебро — галлий [41].
§ 7. Образование точечных дефектов при облучении
Облучение кристаллических твердых тел быстрыми частицами представляет собой способ непосредственного создания в них точечных дефектов. Простейшим и наименее сильно действующим методом является бомбардировка твердого тела электронами высоких энергий (^l МэВ), вызывающая смещение атомов из их равновесных положений в решетке в блнжпйшш междоузельные положения с образованием парных дефектов вакансия — междоузельнын атом. Для образования такого парного дефекта в меди тре буется энергия около 25 эВ, и чтобы обеспечить ее при упругом соударении, необходимы электроны с энергией 0,5 Мэв. Согласно измерениям на меди, облученной при 10 К электронами с энергией 1.35 МэВ, при последующем повышении температуры наблюдается изменение электросопротивления. Между 37 и 60 К большая часть увеличения электросопротивления, полученного при облучении, исчезала, причем процесс происходил с низкой энергией активации (ОД эВ). Этот процесс интерпретируется как движение междоузельных атомов, рекомбннирующихся с вакансиями, после чего остается лишь немного вакансий, мигрирующих при более высоких температурах. Исследования этого типа показывают, что следует различать несколько категорий дефектов:
238
Глава 10
1. Пары междоузельный атом — вакансия, которые весьма нестабильны и отжигаются при очень низких температурах.
2. Междоузельные атомы, расположенные достаточно далеко от вакансий, чтобы не происходила быстрая рекомбинация. Такие дефекты стремятся мигрировать к стокам, которыми для них являются главпым образом вакансии.
3. Отдельные вакансии. Большинство этих дефектов становится стоками для междоузельных атомов, тогда как остальные удаляются таким же путем, как и в закаленных металлах, т. е. либо собиранием в диски, либо миграцией к дислокациям или границам зерен.
Первичная частица
Вакансия
Передача
Близкая пара Френкеля
Обменные соударения
Ираудипны, распространяющиеся динамически
0o0o^0o0 о оЖо о
o:q„o
энергии путем фокусирующих X-Pj-PJ столкновений (fio>Q Q' о^о
(100)
Обедненная іона
/Иеждоузельньи атомы
Ф и г. 10.10. Модель радиационных повреждений, производимых при соударении одного
нейтрона с атомами решетки [29].
Процессы, происходящие при облучении кристаллических твердых тел в ядерных реакторах, широко изучались в течение последних 20 лет. Действующими частицами являются быстрые нейтроны с энергиями выше 1 МэВ. Во многих металлах соударения происходят не часто, но каждое соударение сообщает выбиваемому атому энергию около 5-Ю4 эВ. Этот атом быстро смещается из своего положения, и в свою очередь смещает много других атомов и т. д.; в такой процесс вовлекаются многие сотни атомов. Одновременно возникает существующий очень малое время «термический пик», или внезапное выделение тепловой энергии, которое происходит всего лить в течение 10~ис и реализует большую часть энергии соударения, лишь малая часть которой остается в качестве запасенной энергии в поврежденной области. Точную структуру поврежденной области детально охарактеризовать трудно, но известно, что образуются каскады вакансий, которые заканчиваются на междоузельных атомах (фиг. 10.10). Для такого металла, как медь, область, охватываемая воздействием одного атомного соударения, имеет диаметр около 100 А и содержит в результате этого процесса 100—500 междоузельных атомов и вакансий. Однако повреждения в результате нейтронного облучения нельзя объяснить только как образование точечных дефектов.
