Физика реального кристалла 14 Методы наблюдения дислокаций Пластическая

Физика реального кристалла 14. Методы наблюдения дислокаций. Пластическая деформация и упрочнение кристаллов. Профессор Б. И. Островский ostr@cea. ru

Наблюдение дислокаций

Фотоупругость

Метод фотоупругости Растяжение Сжатие

Дислокационные ямки травления

Избирательное травление

Декорирование

Дифракция рентгеновских лучей (электронов, нейтронов) на периодических структурах q 2 dsin = n Закон Вульфа-Брэгга q = k’ - k - вектор рассеяния q = G - геометрическое условие дифракции; G - вектор обратной решетки

Дифракция по Лауэ (белое излучение) Доказательство волновой природы рентгеновских лучей - дифракция на атомарной кристаллической решетке

Дисперсионные соотношения для частиц Фотоны Е = ћ = hc/ ; p = ћk ; E ; p Де Бройль (1925): p = ћk ; p = mv ; k = 2 / E ; p = h/mv ; k Электроны Е = Ек =p 2/2 m = h 2/2 me 2 =1 A, E 100 ev Для дифракционных исследований пространственной структуры вещества используют сейчас, как правило, рентгеновские лучи в диапазоне длин волн от 0. 5 до 10 А, пучки тепловых нейтронов (от 1 до 10 А) и быстрых электронов (от 0. 05 до 1 А).

Прямая и обратная решетки кристаллов

Сфера Эвальда q = k’ - k - вектор рассеяния G - вектор обратной решетки q = k’ - k = G - геометрическое условие дифракции

Мозаичность кристаллов Rocking curve – кривая качания

Соответствие между выходом дислокаций и ямками травления

Задача!

Рентгеновская топография

Дифракционный контраст вокруг дислокации

Рентгеновская топография и электронная микроскопия

Рентгеновская топография Электронная микроскопия

Разного рода микроскопия

u = (b/2 )

Дифракционный контраст в просвечивающей электронной микроскопии g = k’ - k - вектор рассеяния В этом случае дифракция не наблюдается Дифракционный контраст имеет место только в случае g 1 b 0

g = k’ - k - вектор рассеяния Изменение направления вектора рассеяния g при изучении одного и того же участка кристалла выявляет различные системы дислокаций!

(a) A TEM picture of dislocation structure in pure single crystal BCC molybdenum deformed at temperature 278 K (courtesy of L. L. Hsiung). (b) Dislocations formed bundles (braids) in single crystal copper deformed at 77 K (c) Dislocation structure formed in single crystal BCC molybdenum deformed at temperature 500 K (courtesy of L. L. Hsiung). The dark regions contain a high density of entangled dislocations lines that can no longer be distinguished individually.

Пластическая деформация и упрочнение кристаллов

Углеродные нанотрубки – идеальный кристалл?

Динамический деформационный эксперимент - растяжение образца с постоянной скоростью

Диаграмма напряжение - деформация Определение порога текучести

Эксперимент на растяжение

Пластичный кристалл Хрупкий кристалл – -слишком мало дислокаций, или высокие барьеры Пайерлса разрушение кристалла поликристаллы монокристаллы

Упрочнение монокристаллов упрочнение кристалла Взаимодействие + торможение дислокаций d /d = -коэффициент упрочнения Размножение и движение дислокаций

Дислокации леса

К вычислению пластической деформации = b

деформации ~ Gb/r Gb/<r> Gb 1/2

Параболический закон упрочнения = b

d /d = -коэффициент упрочнения

Упрочнение в сплавах (одно из важнейших достижений современной цивилизации) Увеличение порога текучести таких металлов как Al , Cu, Ni в сто и более раз за счет правильного выбора легирующих элементов и оптимизации термической обработки !

Преодоление дислокациями препятствий

Пересечение двух дислокаций

Линейное натяжение дислокаций /L = Gb/ /L = Сила, действующая на концы линии Линейное натяжение стремится уменьшить длину дислокационной линии

Преодоление точечных препятствий

U 0 Gb 2 R = Gb/ ; R L/2, следовательно: Gb/L , и напрямую зависит от расстояний между стопорами Задача!

Механизм упрочнения в сплавах b Притяжение за счет сил Пича –Келлера b , и вследствие разных знаков отрезков дислокаций Стопоры в плоскости скольжения =10 b; G/10 теоретический предел!

Физика легирования

Зоны Гинье - Престона

Плоские скопления точечных дефектов

Сплав «Дюралюминий» - 4% меди

Радиационное упрочнение

Необходимо все проверять, все оспаривать. Знание, добытое без личного усилия, без личного напряжения, - знание мертвое. Только пропущенное через собственную голову становится твоим достоянием.