Движение дислокации под действием ультразвука и постоянной нагрузки с учетом поперечного скольжения в неоднородном по пространству поле напряжений

Тема данных исследований относится к одной из фундаментальных проблем физики твердого тела — проблеме влияния различных полей на физические свойства кристаллов. Свойства реальных 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, что в свою очередь может привести к изменению физических свойств кристаллов. Воздействиями, которым часто подвергаются твердые тела в процессе их эксплуатации, являются статические и вибрационные, в том числе ультразвуковые, нагрузки. Важную роль в процессе эволюции дефектных структур при таких воздействиях играет поперечное скольжение дислокаций. Особенно велика роль поперечного скольжения при ультразвуковом воздействии, поскольку в его отсутствие невозможно эффективное размножение дислокаций, которое наблюдается экспериментально. Происходящие в кристаллах процессы изменения структурных дефектов, как правило, нелинейны, что определяет сложность их аналитического описания и требует численного решения соответствующих задач.

Целью данной работы являлось исследовать движение дислокации под действием постоянной нагрузки и ультразвука в неоднородном по пространству поле внутренних напряжений с учетом возможного движения дислокаций по плоскостям легкого и поперечного скольжения. Для достижения поставленной цели использовались как аналитические методы, так и компьютерное моделирование.

На примере щелочно-галоидных кристаллов впервые исследован процесс движения дислокаций в ультразвуковом поле и при постоянной нагрузке с учетом всех возможных для данной структуры плоскостей поперечного скольжения.

Определены типы траекторий, законы движения и высоты выброса дислокаций в плоскости поперечного скольжения. Установлены размеры и формы стартовых зон, начиная движение из которых дислокация имеет однотипные траектории.

Впервые показано, что в ультразвуковом поле диапазон кристаллографических ориентации образца, благоприятный для поперечного скольжения, шире, чем при постоянной нагрузке.

Результаты работы можно отнести к фундаментальным задачам физики твердого тела о взаимодействии полей и структурных дефектов. Результаты важны и для прикладных целей, так как могут быть использованы для прогнозирования поведения материалов, подвергающихся высокочастотной вибрации и постоянной нагрузке.

В научном руководстве настоящей диссертационной работы на всех этапах ее развития, начиная с постановки задачи, непосредственно принимала участие к.ф.-м.н. Г. В. Бушуева.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты детального исследования процесса движения дислокации под действием постоянной и ультразвуковой нагрузок с учетом внутренних полей напряжений и всех возможных плоскостей поперечного скольжения для кристаллов со структурой типа №С1.

2. Зависимости типов траекторий дислокации от величины постоянной нагрузки, параметров ультразвука, кристаллографической ориентации образца и стартовых координат дислокации.

3. Форма и размер зон, стартуя из которых дислокация имеет однотипные траектории. Зависимости формы и размера стартовых зон от величины и направления внешней нагрузки.

4. Вьгсоты выброса дислокаций для всех возможных плоскостей поперечного скольжения в зависимости от параметров внешней нагрузки и кристаллографической ориентации образца.

Основные результаты и выводы:

1. Установлены закономерности движения дислокации под действием постоянной нагрузки и ультразвука в неоднородном по пространству поле внутренних напряжений с учетом скольжения по всем возможным кристаллографическим плоскостям для кристаллов со структурой типа ЫаС1.

2. Впервые проанализированы ситуации, когда в процессе движения дислокации возможен ее переход не только из плоскости легкого скольжения в поперечную, но и из одной плоскости поперечного скольжения в другую.

3. Определены типы траекторий дислокации в зависимости от параметров внешней нагрузки для различных кристаллографических ориентаций образца.

4. Определены форма и размер зон, стартуя из которых дислокация будет иметь однотипные траектории. Установлены зависимости формы и размеров этих зон от параметров и направления внешней нагрузки.

5. Впервые рассчитаны высоты выбросов дислокации для всех возможных плоскостей поперечного скольжения. Установлены зависимости высот выбросов от величины и направления внешней нагрузки. Показано, что в ультразвуковом поле диапазон кристаллографических ориентаций образца, благоприятный для поперечного скольжения, шире, чем при постоянной нагрузке.

6. Установлено, что высота выброса дислокации уже в течение полупериода ультразвуковых колебаний достаточна для эффективной генерации дислокаций источником Франка-Рида при обычно используемых в опытах значениях амплитуд ультразвука.

Заключение

.

В диссертационной работе проведено детальное исследование процесса движения дислокации под действием ультразвука и постоянной нагрузки с учетом ее поперечного скольжения в неоднородном по пространству поле упругих напряжений при различных кристаллографических ориентациях образцов и амплитудах внешнего воздействия на примере кристалла ЫаС1.