Введение к работе
Актуальность темы. К числу основных проблем физики твердого тела относятся установление связи между макроскопическими характеристиками материалов, их структурно-чувствительными свойствами и микропроцессами, дефектами кристаллической структуры. Большинство физических свойств кристаллов зависит от наличия в них структурных дефектов, наиболее важными из которых являются точечные дефекты и дислокации. При этом свойства кристаллов зависят не только от концентрации точечных дефектов и плотности дислокаций, но и от характера взаимодействия дефектов между собой и с дефектами других типов. В присутствии различных полей (электрических, магнитных и т.д.) состояние дефектов может изменяться, что приводит к изменению физических, в том числе и механических свойств кристаллов. Это позволяет, воздействуя на кристалл различными полями, целенаправленно изменять его дефектную структуру, а, следовательно, его физические свойства.
В последние годы большое внимание уделяется исследованию влияния слабых магнитных полей на механические свойства диэлектрических материалов. Впервые такое влияние было обнаружено в 1985 году в работе [1]. Авторы работы наблюдали движение дислокаций в кристаллах NaCl в магнитном поле без приложения механической нагрузки.
В настоящее время эффект влияния слабого магнитного поля на движение дислокаций в щёлочно-галоидных кристаллах (ЩП() стал общепризнанным [2]. В качестве основного механизма этого явления рассматривают взаимодействие дислокаций с парамагнитными примесями, однако, до конца физическая природа явления остается не раскрытой.
Наиболее детально влияние магнитного поля на движение дислокаций изучается в ИК РАН им. А.В.Шубникова и Тамбовском ГУ. В большинстве работ, посвященных этому эффекту, исследуется совместное действие магнитного поля и механической нагрузки, при этом используются режимы активного нагружения или ползучести, а также импульсные механические нагрузки.
Влияние магнитного поля на дислокационную неупругость ЩГК впервые обнаружено в наших работах [3,4].
Целью работы было исследовать влияние слабого магнитного поля на свойства дислокационной неупругости - внутреннее трение и дефект модуля Юнга, и изучить изменения дислокационной структуры и пластичности ЩГК под действием магнитного поля и ультразвука. Для выяснения механизмов действия магнитного поля на дислокационные процессы представляло интерес также провести сравнение результатов действия магнитного и электрического полей на дислокационную неупругость и изменение дислокационной структуры ЩГК.
Измерения внутреннего трения и дефекта модуля Юнга проводились методом составного резонансного пьезоэлектрического осциллятора.
Исследования неупругих свойств кристаллов методами внутреннего трения позволяют получать данные о взаимодействии дислокаций и точечных дефектов, не доступные прямым методам наблюдения.
Научная новизна и практическая значимость работы
В работе исследовано влияние магнитного поля на дислокационную неупругость (внутреннее трение и дефект модуля Юнга) и дислокационную структуру ЩГК, подвергавшихся действию ультразвука в широком интервале амплитуд относительной деформации єо от 10"7 до 10"3 в килогерцевом диапазоне частот. Впервые установлено, что магнитное поле с индукцией В<\1 оказывает влияние на дислокационную структуру и свойства дислокационной неупругости ЩГК в интервалах амплитуд ультразвука, соответствующих как процессу открепления дислокаций от стопоров, так и процессу размножения дислокаций.
Все полученные в работе результаты являются оригинальными. С точки зрения фундаментальной науки они важны для более глубокого понимания механизмов влияния магнитного поля на механические свойства диэлектрических кристаллов и взаимодействия дислокаций с парамагнитными примесями. С прикладной тачки зрения полученные в работе результаты могут быть полезны для разработки методов целенаправленного изменения свойств ЩГК и для прогнозирования возможных изменений свойств материалов при условиях их эксплуатации при одновременном действии магнитного поля и высокочастотных вибраций.
На защиту выносится следующее:
-
Результаты экспериментальных исследований совместного действия слабого магнитного поля (<1Т) и ультразвука, электрического поля (:1,2х10б B/mJ и ультразвука на дислокационную неупругость щёлочно-галоидных і широком интервале амплитуд относительной деформации Єо от 10'7 до 10"3 нг частотах 40*80 кГц.
-
Магнитное поле оказывает влияние на внутреннее трение, дефект модулл Юнга, дислокационную структуру и пластичность щёлочно-галоидных кристаллов, начиная с некоторого порогового значения >0,]4Т и при амплитудах ео, превосходящих lxlO"6.
-
Совместное действие магнитного поля и ультразвука не эквивалентно ш последовательному действию. При одновременном действии магнитногс поля и ультразвука происходило разупрочнение образцов. При последовательном же действии магнитного поля и ультразвука образец і результате предварительной выдержки в магнитном поле разупрочняется, не при последующем действии ультразвука происходит его упрочнение, так чте в итоге он оказывается более упрочнённым, чем образец, не подвергавшийся воздействию магнитного поля.
-
Амплитудно-независимое внутреннее трение как функция индукщи магнитного поля возрастает по линейному закону.
-
Наибольший эффект изменения неупругих свойств щёлочно-галоидных кристаллов^гад влиянием магнитного поля наблюдается в интервале амплитуд относительной деформации, соответствующих откреплению дислокаций от примесных центров. Амплитудно-зависимое внутреннее трение в этом интервале амплитуд сначала растет пропорционально квадрату индукции магнитного поля В2, а при дальнейшем увеличении В стремится к насыщению.
-
Экспериментально установлены эффекты магнитной памяти, магнитного последействия и потери чувствительности образцов к действию магнитного поля.
-
Магнитное поле оказывает существенное влияние на процесс размножения дислокаций под действием ультразвука. В отсутствие магнитного поля начальная стадия пластической деформации щёлочно-галоидных кристаллов под действием ультразвука контролируется работой источников, локализованных в границах блоков. При совместном действии магнитного поля и ультразвука свежие дислокации появляются при более высоких амплитудах вблизи концентраторов напряжений. Источники в границах блоков не активизируются.
-
Результаты оценок параметров дислокационной структуры, характерных для совместного действия магнитного поля и ультразвука, ультразвукового поля и после предварительной выдержки образцов в магнитном поле. При одновременном действии ультразвука и магнитного поля значения стартовых напряжений хл и параметра T~FJLQ уменьшались, а средние смещения дислокационных сегментов <и> увеличивались по сравнению с данными в отсутствие магнитного поля. Средняя длина колеблющегося дислокационного сегмента 1 как функция магнитного поля сначала росла пропорционально В2, а затем стремилась к насыщению.
-
После предварительной выдержки в магнитном поле и последующем действии ультразвука увеличивались значения стартовых напряжений и параметра T-FJU, а средние смещения дислокационных сегментов уменьшались.
-
Действие электрического поля на дислокационные процессы в щёлочно-галоидных кристаллах проявляется при амплитудах относительной деформации єо меньших пороговых значений, характерных для магнитного поля. При амплитудах єо, соответствующих откреплению дислокаций от примесных центров, влияние магнитного поля значительно превосходит действие электрического. Электрическое поле стимулирует генерацию дислокаций источниками, локализованными в границах блоков, в то время как при совместном действии магнитного поля и ультразвука источники в границах блоков не активизируются.
Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 1. Международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений" (г. Тамбов, 1996 г.);
-
IX Международной конференции "Взаимодействие дефектов и неупруг явления в твердых телах" (г. Тула, 1997 г.);
-
XXXIV Международном семинаре "Актуальные проблемы прочности" Тамбов, 1998 г.);
-
Третьем (зимнем) заседании Московского семинара "Физика деформации разрушения твердых тел" (г. Москва, 1998 г.);
-
Международной конференции по росту и физике кристаллов, посвященні памяти МЛ.Шаскольской (г. Москва, МИСиС, 1998 г.).
-
XX Международной конференции "Релаксационные явления в тверді телах" (г. Воронеж, 1999 г.).
Основные результаты диссертации опубликованы в 7 статьях и 5 тезис; докладов, список которых приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Все экспериментальные результаты и данные і обработки получены лично автором. Обсуждение результатов осуществляло-совместно с научными руководителями доктором физ. мат. на; Н. А.Тяпуниной и доктором физ. мат. наук Э.П.Белозеровой.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 гла заключения и списка цитированной литературы. Содержание работы изложеі на 224 страницах, включающих Ані страниц основного текст 69 рисунков, 36 таблиц.
Похожие диссертации на Влияние магнитного и ультразвукового полей на неупругие свойства щелочно-галоидных кристаллов
