Движение дислокации под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений

К числу фундаментальных проблем физики твердого тела относится установление связи между макроскопическими характеристиками материалов, их структурно-чувствительными свойствами и микропроцессами и дефектами кристаллической структуры. Свойства кристаллов зависят не только от концентрации дефектов, но и от характера их движения и взаимодействия. При различных внешних воздействиях характер движения и взаимодействия дефектов может меняться, следствием чего может являться изменение физических свойств кристаллов. Воздействуя на кристалл различными полями, можно целенаправленно изменять систему его структурных дефектов, а, следовательно, и его физические свойства, что важно для прикладных целей и является одной из основных задач современного материаловедения. Одним из таких воздействий, широко использующихся на практике, является ультразвук. Ультразвуковое воздействие дает возможность изменять свойства кристаллов, меняя в широком интервале плотность дислокаций и обусловливая формирование особых дислокационных структур, не создающих в кристалле дальнодействующих полей напряжений. При ультразвуковом воздействии важную роль играет процесс поперечного скольжения дислокаций, поскольку в его отсутствие невозможно эффективное размножение дислокаций.

Происходящие в кристаллах процессы изменения структурных дефектов, как правило, не линейны, что определяет сложность их аналитического описания и требует численного решения соответствующих задач.

Целью данной работы являлось исследование методом ЭВМ-моделирования процесса движения дислокации с учетом поперечного скольжения под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле упругих напряжений при различных параметрах задачи (частотах и амплитудах ультразвука, ориентациях образцов относительно направления ультразвуковой волны и др.).

На примере щелочно-галоидных кристаллов впервые исследован процесс поперечного скольжения дислокаций в неоднородном по пространству поле напряжений, в широком интервале кристаллографических ориентаций образцов относительно направления ультразвуковой волны и амплитуд ультразвука вплоть до критической, при которой начинается размножение дислокаций.

Определены типы траекторий, законы движения дислокаций и высоты выброса дислокации (расстояния проходимые дислокацией по плоскости поперечного скольжения).

Впервые установлена зависимость типов траекторий от амплитуды напряжения ультразвука (ст°) и кристаллографической ориентации образца относительно направления ультразвуковых колебаний, характеризуемого углом 0.

Впервые для всего множества значений и 6 установлены размеры и формы областей («стартовых областей»), начиная движение из которых дислокация имеет однотипные траектории в первый период ультразвука.

Показано, что обратимые при ультразвуковом воздействии деформации в присутствии неоднородного по пространству поля упругих напряжений становятся необратимыми.

Тема данных исследований относится к одной из фундаментальных проблем физики твердого тела — проблеме влияния различных полей на физические свойства кристаллов. Приведенные в диссертации данные важны для более глубокого понимания причин и микромеханизмов изменения физических свойств кристаллов под действием ультразвука. Результаты могут быть использованы и для прикладных целей, например, для прогнозирования поведения материалов, подвергающихся вибрационным нагрузкам.

Положения выносимые на защиту:

1. Модернизированный метод моделирования на ЭВМ процесса движения дислокаций, с учетом поперечного скольжения под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле упругих напряжений при длительном ультразвуковом воздействии.

2. Результаты исследования процесса поперечного скольжения дислокации в зависимости от параметров ультразвука и коэффициента динамической вязкости для кристаллов Л/аС/ различной кристаллографической ориентации.

3.Типы траекторий дислокаций и их зависимости от параметров ультразвука, кристаллографической ориентации образца и стартовых координат дислокации.

4.Поперечное скольжение возможно при старте дислокации только из определенных областей пространства, форма, размер и расположение которых зависят от параметров ультразвука, кристаллографической ориентации образца и коэффициента динамической вязкости.

5.3ависимости высот выброса по плоскостям поперечного скольжения от амплитуды напряжения и частоты ультразвука, кристаллографической ориентации образца, коэффициента динамической вязкости.

Заключение

.

В диссертационной работе проведено исследование процесса движения дислокации, с учетом поперечного скольжения, под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений применительно к кристаллам Л/аС/ для всевозможных значений кристаллографических ориентаций образца и в широком интервале амплитуд ультразвука. Исследование проводилось методом ЭВМ-моделирования. В результате был детально описан процесс движения винтовой дислокации под действием ультразвука в поле одноименной с ней неподвижной дислокации.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Установлены закономерности поведения дислокации в ультразвуковом поле и при совместном воздействии ультразвука и неоднородного по пространству поля упругих напряжений, создаваемых винтовой дислокацией на примере кристалла Л/аС/, когда плоскостями скольжения являются плоскости (011) и (100).

2. Показано, что в ультразвуковом поле тип траектории дислокации зависит от амплитуды ультразвука а° и ориентации образца, характеризуемой углом 6, и не зависит от стартовых координат дислокации. В соответствии с типами траекторий дислокации все множество значений а° и 0 делится на 4 зоны. Поперечное скольжение возможно только в одной из этих зон. Механическая дислокационная деформация при этом обратима.

3. Показано, что наличие при ультразвуковом воздействии неоднородного по пространству поля напряжений приводит к тому, что поперечное скольжение имеет место при всех амплитудах ультразвука и ориентациях образца, то есть при а° и 0 из всех 4-х зон.

4. Выявлено, что в переменном во времени и неоднородном по пространству поле напряжений тип траектории дислокации зависит не только от амплитуды ультразвука и кристаллографической ориентации образца, но и от стартовых координат дислокации.

5. Показано, что все множество начальных положений дислокации можно разделить на области (стартовые области), при старте из которых дислокация в первый период ультразвука будет иметь однотипные траектории. Построены карты стартовых областей.

6. Рассчитаны высоты «выбросов» дислокации в плоскостях поперечного скольжения и установлены их зависимости от амплитуды ультразвука, кристаллографической ориентации образца и стартовых координат дислокации.

7. Наличие неоднородного по пространству поля упругих напряжений приводит к тому, что деформация кристалла при ультразвуковом воздействии становится необратимой.