Подвижности дислокаций

При изучении радиационных последствий обычно различают так называемые необратимые (остаточные) и обратимые (переходные) эффекты. К остаточным нарушениям относят перегруппировку атомов в решетке (образование вакансий, междоузлий, дислокаций), а также внедрение инородных атомов, например, в результате ядерных реакций. Обратимые нарушения являются следствием перехода электронов или дырок в неравновесное состояние, что обычно приводит к ионизации. Благодаря относительно большой подвижности электронов и дырок равновесное состояние быстро восстанавливается после прекращения облучения. В дальнейшем, если специально не оговаривается другое, под радиационными дефектами мы будем понимать необратимые нарушения.

где е — заряд электрона; \ьп и \ip — подвижности электронов и дырок соответственно. Обычно преобладает либо п, либо р, и тогда одним из членов в правой части равенства (6.13) можно пренебречь. В некоторых материалах этот же результат получается вследствие большой разницы в значениях \лп и [хр, особенно в случаях, когда га и р почти равны.

Увеличение <и> в электрическом поле приводит к уменьшению-подвижности электронов, если их длина свободного пробега К не зависит от <и>. Для атомных, кристаллов это условие выпол-Злентроны няется тогда, когда основным

фа из-за уменьшения подвижности электронов, т. е. появлением: участка АВ с отрицательной дифференциальной подвижностью. После перехода в верхний минимум подавляющего большинства-электронов дальнейшее увеличение %> будет сопровождаться пропорциональным ростом дрейфовой скорости: уд = и2 '? (участок ВС). Появление у арсенида галлия участка с отрицательной дифференциальной подвижностью позволяет конструировать на основе эффекта Ганна генераторы СВЧ колебаний; сам полупроводниковый прибор, основанный на этом эффекте, называют диодом Ганна.

На рис. 5.6 даются зависимости парциальных давлений трехатомных газов рнго> Рсог и приведенного коэффициента Холла (подвижности электронов) J3/.S, необходимых при расчете потерь на излучение и от эффекта Холла соответственно. Парциальные давления приведены для атмосферного давления и Со, = 23,15 вес.%. Значения (ЗАВ даны для Сог = 23,15 вес.%. Характерно, что приведенный коэффициент Холла при низких давлениях имеет экстремальную зависимость от температуры. Величина электропроводности, как известно, существенным образом зависит от давления и концентрации кислорода в окислителе. Для рассматриваемого рабочего тела такие зависимости показаны на рис. 5.7, а (при Сог = 23,15 вес.% и различных р) и на рис. 5.7, б (при р = 1 ата и различных Сог). Следует отметить, что величина о зависит от р в степени а, где a zz I, a не 0,5, как показывает элементарная теория электропроводности. Аналогичный результат получен в [122].

Металлы проводят электрический ток, так как валентные электроны могут свободно двигаться в кристаллической решетке. Причины подвижности электронов в металлах состоят в том, что они легко удаляются из атома (низкая энергия ионизации) и могут находиться близко к двум или более положительным ядрам в любой части кристалла (из-за наличия большого числа свободных валентных орбит). Вещества, в которых имеются свободные носители зарядов - проводники. В изоляторах (диэлектриках) свободные носители зарядов отсутствуют. Металлы - характерные проводники и энергия делокализованных электро-

Рис. 11.24. Зависимость подвижности электронов в GaAs от концентрации электронов п для 77 (а) и ЗСО К (б) при концентрации ионизированных примесей Л f- [ 177]:

'^' Зависимость подвижности электронов InP от концентрации электронов при 300 (а) К. (о) для разной степени компенсации 6 [1781: ва=0; 2 — 6=0,2; 3—6 = 0,4; 4 — 6=0,6; 5 — 9=0,8

Рис. IV. 100. Зависимость подвижности электронов для системы InSb—GaSb при 300 К [70]

Рис. IV.101. Завнч-ммосгь подвижности электронов в 1 ройном соединении 1пДз '' от сости

Рис. 11.24. Зависимость подвижности электронов в GaAs от концентрации электронов п для 77 (а) и ЗСО К (б) при концентрации ионизированных примесей N • [ 177]:

Белый слой, характеризующийся благоприятным сочетанием остаточных макронапряжений и структуры, наиболее эффективно повышает трещиностойкость стали и является весьма перспективным способом повышения стойкости стальных деталей к коррозионному растрескиванию. Сопротивление стали коррозионному растрескиванию зависит от содержания в ней углерода. Так же, как и сопротивление коррозионной усталости, максимальная стойкость к коррозионному растрескиванию наблюдается у стали с содержанием углерода 0,4-0,65 % (рис. 31). Это связано с тем, что при указанном содержании углерода количество остаточного аустенита небольшое (до 10 %) и увеличивается с ростом содержания углерода в стали. При этом уменьшается способность металла к релаксации локальных напряжений вследствие уменьшения подвижности дислокаций. В сталях, легированных хромом в количестве 12 % и более, релаксация напряжений облегчается вследствие уменьшения активности углерода, переходящего в карбиды. В результате этого, а также из-за увеличения пассивирующего действия хрома рост трещин резко замедляется.

Снижение сопротивления со стороны когерентных выделений при температурах 0,5—0,65ГПЛ (рис. 2.38, б) объясняется усилением неконсервативной подвижности дислокаций и процессами коагуляции частиц [138, 214], приводящей к потере когерентности между выделениями и матрицей.

тверждается экспериментально Г62, 341, 344]. Максимум значения коэффициента $ на линейной стадии упрочнения (кривая / на рис. 3.27) для ванадия также находится в области 400 °С, однако рост $, вероятно, благодаря чисто кинетическому фактору начинается при существенно более низких температурах из-за низкой подвижности дислокаций в скоплениях [342]. На кинетическую связь между процессом ДДС и появлением максимума на температурной зависимости $ указывают результаты механических испытаний сплава Fe — 3,2 % Si с повышенной скоростью растяжения [339] (см. рис. 3.28). При этом наблюдается значительное снижение коэффициента линейного упрочнения (кривая 2), что, возможно, связано с ослаблением? эффекта закрепления дислокаций примесными атомами вследствие увеличения средней (эффективной) скорости движения дислокаций с увеличением в [354].

91. Рыбин В. В., Орлов А. Н. Теория подвижности дислокаций в диапазоне малых скоростей // Физика твердого тела.— 1969.— 11, № 11.— С. 3251—3259.

Большие значения микропластической деформации при одинаковом значении приложенного напряжения к образцам с покрытиями свидетельствуют об увеличении подвижности дислокаций после нанесения покрытий. Благодаря облегчению передвижения дислокаций уменьшается вероятность опасных локальных напряжений, часто приводящих к образованию трещины. В случае возникновения трещины микропластическая деформация способствует затуплению ее кончика^ снижая тем самым коэффициент концентрации напряжений, и, следовательно, повышает трещиностойкость.

Анализ эволюции микроструктуры в ходе реализации различного числа проходов по оптимальному маршруту в чистом А1 и сплавах на его основе, содержащих 1 и 3 вес. %Mg, проведен в работе [44]. Было показано, что легирование приводит к необходимости увеличения числа проходов при РКУ-прессовании для достижения однородной равноосной структуры. По мнению авторов [44] это связано с уменьшением подвижности дислокаций и соответственно понижением скоростей возврата в твердых растворах Mg в А1.

Другим типом примеси в металле является водород, энергия взаимодействия которого с дислокациями в железе (0,1 эВ) значительно, меньше, чем для углерода и азота, и который поэтому не вытесняет атомов углерода и азота из «облаков» на дислокациях. Сравнительно менее значительное влияние водорода в железе на деформационное упрочнение путем изменения подвижности дислокаций не означает, однако, отсутствие заметного влияния поглощенного водорода на механохимическую активность, поскольку при абсорбции металлом водорода в металле возникают значительные остаточные напряжения и локальный наклеп, стимулирующие анодное растворение. Так, по данным рентгеновских исследований электролитически наводороженного железа вакуум-

Благоприятное распределение и уровень микроискажений кристаллической решетки стали 08Х2Г2М объясняются специфической структурой малоуглеродистого мартенсита после закалки и отпуска, в котором облегчены релаксационные процессы ввиду высокой подвижности дислокаций.

Зависимость электросопротивления от плотности и подвижности дислокаций еще мало изучена. По Бюргер-<су значительный прирост электросопротивления моно- и поликристаллов дают расширенные дислокации. Возрастание электросопротивления объясняется образованием -вакансий, дислоцированных атомов и дислокаций. Прирост электросопротивления за счет влияния первых двух типов дефектов пропорционален величине ?3/2 (где — относительная деформация), а за счет влияния дислокаций пропорционален ?1/2.

Изменение сопротивления сдвигу с ростом деформации т(еп} связано с изменением плотности и подвижности дислокаций,, концентрации барьеров на пути движения, высоты барьеров, величины активационного объема и других параметров, определяющих динамику дислокаций. Ввиду сложного характера связи между этими параметрами используется упрощенный подход, в1 соответствии с которым плотность дислокаций L и средняя скорость их движения/представляются в виде функций одной переменной •— соответственно величины пластического сдвига и сдвиговых напряжений (этот подход допустим для ограниченного диапазона изменения условий нагружения)

Изменение структуры деформированного металла при нагреве и приближение ее к структуре недеформированного металла сопровождается уменьшением внутренней энергии (скрытой энергии наклепа) и восстановлением структурно-чувствительных свойств до значений, которыми металл обладал перед пластической деформацией. При этом свойства, структура и накопленная энергия могут восстанавливаться в несколько стадий. Это связано с неодинаковой подвижностью дефектов разного вида, зависимостью подвижности дефекта от характера дислокационной структуры и с различной степенью влияния разных дефектов на отдельные свойства. Так, подвижность вакансий много выше подвижности дислокаций. Подвижность дислокаций в материале, испытавшем только легкое скольжение, значительно выше, чем после множественного турбулентного скольжения,