Структурні аспекти двійникування і локалізації пластичної деформації у кристалічних твердих тілах

6. 2. Еволюція структурного стану і руйнування в монокристалах рубіна при лазерному випромінюванні й опроміненні.

Монокристали рубіна вирощувалися за методом Вернейля. З вирощених монокристалів вирізалися зразки з розмірами: 90154мм3. Структурний стан вивчався методами вибіркового хімічного травлення і растрової електронної мікроскопії. Вихідні зразки характеризувалися густиною призматичних П =10 5 см - 2 і базисних в = 106см -2 дислокацій. Лазерне випромінювання проводилося в режимі вільної генерації, а опромінення здійснювалося сфокусованим лазерним променем потужністю 1010Вт/см2 протягом 1520нс. Вивчалися структури областей об'ємного руйнування на площинах (0001) і (1120), для чого зразок розрізався по площинах базису або призми з наступною поліровкою і хімічним травленням. Відзначимо, що потужність енергії випромінювання (опромінення) була близька до граничної потужності, необхідної для руйнування рубіна. При випромінюванні лазерного променя в режимі вільної генерації в зразку відбувається локальне руйнування. Епіцентр руйнування має розміри від 30 до 100 мкм у залежності від величини енергії випромінювання. У ньому виявлені мілкодисперсні частинки Al2O3 - продукти руйнування. Характерний структурний стан, що утворюється в зразку лазерного елемента з монокристала рубіна після його роботи в режимі вільної генерації, наведений на рис. 12, де показана картина площини (0001) на відстані 5 мм від епіцентра руйнування.

Спостерігаються двійники, межі яких на площині базису витягнуті уздовж [2110], і тріщини уздовж [1120] і [1210]. Помітно, що тріщина уздовж [1120] бере свій початок із кінчика одного з двійників (із межами уздовж [2110]). Для двійників, що виникають при лазерному випромінюванні, характерне утворення областей акомодації, що при відпалі зразків при температурі 1200оС розсмоктуються, і залишають-ся тонкі двійники товщиною 0, 01мкм. На рис. 12 помітно, що тонкий двійник переходить у лінзоподібний, причому максимальна товщина двійника дорівнює вихідній товщині тонкого двійника до відпалу. Таким чином, при відпалі товщина двійника зменшується від 20 мкм до 0, 01 мкм. Таке роздвійникуванння при відпалі свідчить про великі внутрішні напруги, які виникають в епіцентрі руйнування при випромінюванні. При опроміненні сфокусованим лазерним променем у зразку також відбувається двійникування, тріщиноутворення і руйнування по площинах базису і призми. Слід зазначити, що пластична деформація в епіцентрі руйнування протікає з великою швидкістю. Цей висновок підтверджується явищем диспергування й акустичним ефектом в процесі лазерного випромінювання. Пластична деформація і руйнування зв'язуються з термопружними напругами, що виникають у процесі лазерного випромінювання й опромінення.

6. 3. Двійникування і руйнування в монокристалах рубіна при вібраційному навантаженні.

Відомо, що монокристали рубіна є найбільш перспективними для виробництва активних елементів твердотільної лазерної техніки. Відзначимо, що фізико-механічні властивості рубіна є структурно- і орієнтаційночутливими. У реальних умовах експлуатації лазерні елементи піддаються різноманітним термомеханічним впливам, зокрема, вібраціям, що призводять до утворення дефектів кристалічної решітки і втрати працездатності лазера. Тому актуальними є дослідження зміни структурного стану монокристалів рубіна в умовах, близьких до експлуатаційних. У даному параграфі наведені результати дослідження впливу вібрацій на структурний стан рубіна.

Форма і розміри зразків описані в розділі 2 і попередньому параграфі даного розділу. Одна частина зразків не містила макродефектів (двійників, меж блоків, смуг ковзання), а інша частина мала відзначені дефекти, утворені при препаруванні зразків. Вихідна (ростова) густина базисних дислокацій у зразках складала в = 106см - 2. Вібраційні іспити проводилися на електродинамічній установці 4ВЭ 10/5000. Зразки жорстко кріпилися до вібростенду. Амплітуда коливань складала 1, 5 мм при частоті = 10 40 Гц. Орієнтація зразків на вібростенді обиралася таким чином, щоб зсувні напруги, що виникають при дії вібраційних хвиль, були максимальними в площині двійникування {1011} і суттєвими в системі призматичного ковзання (1010) [1120]. При цьому в базисній системі ковзання зсувні напруги були практично відсутні. Навантаження проводилося при 300 К. Після вібрації протягом 5 годин у зразках виникали нові двійникові прошарки, розширювалися наявні, утворювалися тріщини. Товщина одного зі спостережених двійників після вібрації збільшилася від 10 до 20 мкм. Густина призматичних дислокацій також збільшилася на порядок і поблизу двійників складала П = 106см - 2. Відзначимо, що при збільшенні частоти вібрації до 10 Гц амплітуда вібрації А змінюється відповідно до виразу A=250g/2, де g - прискорення вільного падіння. Була проведена оцінка зсувних напруг у системі двійникування, їхня величина складала = 50 80 МПа, що в 15 30 разів менше критичних напруг зсуву для утворення двійників. Утворення двійників зв'язується з локальною концентрацією напруг у місцях скупчень призматичних дислокацій. Величини цих напруг пропорційні кількості дислокацій у скупченні та досягають тисяч та більше МПa. Такі значення напруг непогано узгоджуються з літературними даними. За приростом товщини двійника В = 20 мкм і періоду вібрації t = 0, 1 с можна обчислити швидкість руху двійникових меж VГ=B/t=210 2мкм/с. При вібрації утворюються тріщини поблизу двійникових меж, де спостерігаються скупчення призматичних дислокацій. Зародження тріщин пов'язано з плоскими скупченнями крайових дислокацій у площинах призматичного ковзання (1010) перед перешкодами у вигляді меж двійників або меж блоків. Ці скупчення утворюють зародкову тріщину у вигляді стійкої порожнини з розміром у площині спайності С = n2 b, де n - число дислокацій у скупченні. Відповідно до В. Н. Рожанського (1968 р.) максимальні нормальні напруги max, що розвиваються у кінців зародкової тріщини, оцінюються із співвідношення max = о (2n + 3). У нашому випадку зсувна напруга на початковому періоді вібраційного навантаження о = 80 МПа, а n = 20 - число дислокацій у скупченні біля тріщини в окрузі двійника. У результаті max 3400 МПа. Слід зазначити, що площина призматичного ковзання (1010) є площиною спайності-відколу. Це, природно, полегшує скресання порожнини зародкової тріщини і її поширення. Східчаста траєкторія тріщини, що спостерігається, очевидно, обумовлена її розвитком за допомогою переходу з однієї площини призми в іншу.

7. Сьомий розділ. «Аналіз парної взаємодії дислокацій при утворенні локальних зсувів і теоретичний розгляд оборотного руху двійникових меж при пружному роздвійникуванні металевих кристалів».

Запропоновано теоретичний розгляд дислокаційних перетворень при парній взаємодії і феноменологічний опис розвитку пружного двійника в металевих кристалах.

Необхідність теоретичного аналізу результатів обумовлена наявністю численних експериментальних даних про основну роль дислокаційних перетворень в утворенні і розвитку локальних зсувів у вивчених об'єктах, що потребують свого трактування і можливих практичних додатків.

7. 1. Парна взаємодія дислокацій і їхня взаємна трансформація.

Розгляд дислокаційних реакцій проводився в припущенні, що взаємодія дислокацій визначається тільки силами дальнього порядку. Тоді в першому наближенні достатньо скористатися критерієм Франка: дві дислокації відчувають взаємне відштовхування, якщо їхні вектори Бюргерса складають гострий кут і притягаються, утворюючи сумарну дислокацію, якщо цей кут тупий. Аналіз проводився на основі методу тетраедра Томпсона. Так для тетраедричних монокристалів Bi показано, що з усього різноманіття дислокаційних реакцій є сім фізично нееквівалентних реакцій, протікання яких відбувається поблизу меж двійників і в тілі двійникових прошарків у процесі супутнього двійникуванню ковзання. Як приклад наведемо такі реакції:

(12)

(13)

де індекси справа вгорі біля векторів Бюргерса відзначають площини розташування реагуючих дислокацій, а цифри справа внизу показують відношення квадрата вектора Бюргерса до квадрата параметра решітки (енергії дислокацій у відносних одиницях). З реакції (12) помітно, що результуюча дислокація розташована в площині (001), яка не є площиною легкого ковзання, тобто дислокація, що утворюється, є сидячою. Накопичення сидячих дислокацій призводить до утворення локальних внутрішніх напруг, що обумовлює стабілізацію товщини двійників при циклічному навантаженні зразка. Великий інтерес викликає реакція (13), тому що результуюча дислокація розташовується в площині двійникування (101) і її вектор Бюргерса [020] збігається з напрямком зсуву при двійникуванні [010]. По суті, ця реакція є джерелом двійникуючих дислокацій, тому що її дисоціація призводить до утворення декількох двійникуючих дислокацій. Очевидно, що протікання реакції (13) призводить до збільшення швидкості руху двійникових меж при роздвійникуванні в порівнянні з двійникуванням.

Для кристалів із ГПУ решіткою отримані такі реакції трансформації лісових базисних і пірамідальних дислокацій відповідно:

, (14)

, (15)

З реакції (14) помітно, що дві базисні дислокації перетворюються у дві двійникуючі й одну пірамідальну в двійнику, тобто ця реакція є джерелом двійникуючих дислокацій. Протікання цієї реакції спостерігається в ТЕМ експерименті (див. розділ 3). Відзначимо, що реакція (14) пояснює ефект дуалізму, описаний у розділі 4. Реакція (15) - це реакція трансформації пірамідальних дислокацій лісу в рухливі базисні дислокації. Протікання реакції (15) пояснює ефект утворення великих локальних зсувів у кристалах Zn із дислокаціями лісу (див. розділ 4).

K. Ogava, 1965, теоретично показав,. що в ОЦК решітці енергетично вигідна реакція дисоціації повної ковзної дислокації на три частково-двійникуючі дислокації. Експериментальне підтвердження цієї реакції отримано в розділі 5 при спостереженні руху ростової міжзеренної межі двійникової орієнтації за механізмом механічного двійникування в бікристалах сплаву Fe + 3. 5% Si.

7. 2. Наближений теоретичний розгляд динаміки оборотного руху двійникових меж у металевих кристалах.

Запропоновано феноменологічну модель, у якій механічна поведінка одиничного двійника уподібнюється деформації макрозразка (модель стандартного лінійного тіла). Параметри моделі виражаються через геометричні характеристики двійникового прошарка і фізичні характеристики кристала, вектор Бюргерса, число і швидкість руху двійникуючих дислокацій. Модель задовільно описує динаміку розвитку пружного двійника з урахуванням перешкод на шляху руху його меж.

Відзначимо, що в рамках теоретичних розрахунків даного розділу знайшли пояснення експериментальні результати, отримані в роботі, а також дано ряд рекомендацій для їхнього практичного застосування.

8. Розділ восьмий. «Еволюція структурного стану, електроопору і руйнування в монокристалах цинку при кріогенних теплозмінах і осціляції електроопору в сплаві титана, що викликані нестійкістю пластичного плину при 4, 2К».

У розділі приведені експериментальні дані про вплив низько-температурного цикліювання на структуру, електроопір і руйнування монокристалів цинку й осціляції електроопору при утворенні локальних зсувів у сплаві 19 у процесі пластичної течії при 4, 2К.

Відомо, що низькотемпературні теплозміни суттєво впливають на структуру і сукупність структурно-чутливих фізико-механічних властивостей металів і сплавів, тому становить інтерес дослідження впливу низьких температур на структуру, електроопір і міцність. Ці дослідження проведені на модельних монокристалах Zn і промислового титанового сплаву 19.

8. 1. Вплив кріогенного термоцикліювання на структурний стан, електроопір і руйнацію монокристалів цинку.

Зразки мали розміри 10022 мм3 с подовжньою віссю уздовж [0001]. Термоцикліювання проводилося за режимом 300К77К з наступним вивченням структурного стану і виміром електроопору при температурах 300К и 77К. Показано, що термоцикліювання призводить до збільшення густини базисних дислокацій, утворення диполів і малокутових меж нахилу. Отримано залежність густини базисних дислокацій від числа термоциклів. Визначено критичну густину базисних дислокацій в = 106см - 2, при якій починається утворення малокутових меж нахилу. Оцінено величину термопружної напруги для утворення базисних дислокацій 0= 810 - 2 МПа, яка у 1, 5 рази більше, ніж напруга старту для початку руху базисних дислокацій. Отримано залежність електроопору від числа теплозмін. Виявлено кореляцію між різким збільшенням електроопору й утворенням малокутових меж нахилу, що спостерігаються починаючи з четвертої теплозміни. При цьому оцінено величину внеску малокутових меж нахилу в електроопір, яка дорівнює f = 10-15 Омм, що на порядок більше від внеску меж крутіння в кристалах цинку. Показано, що збільшення числа термоциклів до с 6 призводить до зруйнування зразків по площинах (0001), яке спричинене утворенням локальних внутрішніх напруг через скупчення базисних дислокацій біля бар'єрів у вигляді диполів або меж нахилу. Величина руйнуючої напруги дорівнює max = 2, 3 МПа.

8. 2. Осциляції електроопору в титановому сплаві, викликані нестабільністю пластичної течії при 4, 2 К.

Вивчалися зразки сплаву Ti + 6% Al + 2% Zr + 3% Nb. Вихідний структурний стан зразків характеризується густиною призматичних дислокацій П 21012см-2 і включеннями -фази, розташованими на відстані 1, 5 3 мкм одна від одної. Залишковий електроопір вихідних зразків складав 2, 110 - 8Ом. При температурі 4, 2К досліджуваний зразок знаходиться в стані надпровідності (температура надпровідного переходу Т с = 5, 4К). Швидкодіюча безінерційна методика виміру електроопору грунтувалася на одержанні осцилограм при швидкому збільшенні різниці потенціалів на кінцях робочої частини зразка під час стрибка навантаження. Зміна електропотенціалу вимірювалася за компенсаційною схемою в процесі пропускання струму I = 0, 5А. У момент стрибка навантаження реєструвалася зміна електропотенціалу U; за величиною U і струму, що протікає через зразок, визначався приріст R. Зразки деформувалися зі швидкістю = 10 - 4с - 1 на машині з жорсткістю 10 4 Н/мм. Виявлено нестійкість пластичної течії, що супроводжується осциляціями електроопору. Амплітудне значення осциляцій R залежить від величини стрибків деформуючої напруги, і змінюється від 410 - 3 до 1, 310 - 2 Ом. Стрибки деформуючої напруги змінювалися від 1, 5 до 163 МПа. Показано, що стрибки навантаження корелюють з утворенням локальних зсувів у системі призматичного ковзання. Величина локальних зсувів у смугах досягає значення l = 10 - 3 мм. Оцінено число призматичних дислокацій n = 104, що здійснюють локальний зсув. Утворення локальних зсувів і стрибка напруги зв'язується з проривом скупчень призматичних дислокацій через перешкоди у вигляді виділень -фази, а стрибки електроопору пояснюються зміною дислокаційного електропотенціалу.

ДОДАТОК

Деякі з результатів досліджень вже знайшли практичне застосування.

1. Запропонована методика одержання релаксаційного матеріалу на основі Be із дислокаційною структурою, стабільною до зовнішнього впливу. Нове технічне розвязання дозволяє підвищити опір мікротекучості Be, релаксаційну стійкість і розмірну стабільність.

2. Урахування характеристик структурного стану при його еволюції в локальних зсувах і на межах двійників дозволило розвязати ряд технологічних задач з програмного зміцнення кристалічних матеріалів складних систем, що застосовуються у виготовленні датчиків витратоміра «Циклон». Рекомендації стосовно умов термомеханічної обробки матеріалів для стабілізації структурного стану дозволили створити стійкий до зовнішніх впливів компаунд для датчиків промислових витратомірів «Циклон». Застосування цих компаундів сприяло зменшенню на три порядки теплоопір датчиків, що обмежує чутливість витратомірів «Циклон». Останні експлуатуються в системах видобутку і транспортування газу, нафти, нафтопродуктів тощо, а також для обліку газу, споживаного промисловими й іншими підприємствами. Промисловий витратомір захищений патентами України і Росії і не має аналогів у світовій практиці.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. Виміряні основні динамічні і кінетичні характеристики руху двійникових меж у монокристалах Zn, Bi, Be та їхніх сплавах при циклічному навантаженні; усі виявлені ефекти та явища пояснюються конкретними дислокаційними взаємодіями та перетвореннями, які знайшли експериментальне підтвердження; зокрема, показано, що асиметрія у виявленні вперше знайденого ефекту втрати і наступного відновлення зміцнення межами двійників при повторних навантаженнях (у напрямах прямого двійникування та роздвійникування) повязана з реакцією трансформації дислокацій легких систем ковзання, яка супроводжується генеруванням двійникуючих дислокацій.

2. Спостережений ефект пружного зсуву двійникових меж при знятті зовнішнього навантаження, що спостерігається як при прямому двійникуванні, так і при роздвійникуванні в усіх досліджених у роботі металевих кристалах; кількісні відміни, які спостерігаються при прямому двійникуванні та роздвійникуванні, пояснені конкретними дислокаційними перетвореннями; експериментально знайдені дислокації, що утворюються як наслідок таких перетворень.

3. Виявлена дислокаційна природа впливу легування на основні динамічні та кінетичні характеристики руху двійникових меж при безперервному та пульсуючому режимах навантаження монокристалів вісмуту та берилію.

4. Вперше безпосередньо виміряні залежності швидкості руху двійникових меж від щільності дислокацій лісу різних систем ковзання в ГПУ кристалах як при повзучості, так і в режимі ударних навантажень; виявлено ефект дуалізма у впливі базисних дислокацій лісу на розвиток двійникових прошарків, який полягає в тому, що, з одного боку, зростання щільності базисних дислокацій лісу призводить до зростання швидкості руху двійникових меж, з іншого боку, при цьому зменшується швидкість руху двійникуючих дислокацій та збільшується межа плинності для меж двійників; встановлено причину ефекту дуалізма, що повязана з реакцією розщеплення базисних дислокацій при переході з материнського кристалу в двійник.

5. Методами металографії ті трансмісійної електронної мікроскопії виявлені великі локальні зсуви у базисній (до 100%) та пірамідальній (до 10 4%) системах ковзання деформованих монокристалів цинку при загальній середній деформації зразка 10-12%; такі великі локальні зсуви вдалося зафіксувати завдяки методиці спостереження in situ, яку було спеціально розроблено для даної серії експериментів; встановлені конкретні дислокаційні механізми, що визначають вказані зсуви.

6. Встановлена принципово важлива можливість руху міжзеренної ростової межі двійникової орієнтації по механізму механічного двійникування в бікристалах цинку та сплаву Fe + 3, 5% Si; визначені конкретні джерела двійникуючих дислокацій, які забезпечили переміщення міжзеренних меж у цих випадках: для цинку - це дислокації в системі (0001) <1120>, для кремністого заліза - це дислокації в системі {112}<111>.

7. З метою зясування фізичної природи взаємодії двійникових меж з дефектами пакування проведено порівняння рухомостей меж двійників у монокристалах вісмута, які підлягали і які не підлягали нейтронному випромінюванню; виявлено збільшення часу та величини пружного роздвійникування в опромінених зразках у порівнянні з неопроміненими, що свідчить про можливій трансформації часткових дислокацій, які оторочують дефекти пакування, у двійникуючі дислокації.

8. Вперше знайдені локальні зруйнування у тілі монокристала рубіна при лазерному випромінюванні в режимі вільної генерації, при цьому в околах епіцентру зруйнування спостерігалося двійникування, а після відпалу (в результаті травлення зразків) товщини двійників зменшуються у тисячі разів (настільки великі локальні термопружні напруги) ; в епіцентрі локальних термопружних напруг спостерігаються мілкодисперсні частинки Al 2 O 3 - місця повного зруйнування кристалу, які свідчать про високу швидкість пластичної деформації в епіцентрі, аналогічні явища виявлені при сфокусованому лазерному опроміненні, а також при вібраційному навантаженні зразків.

9. Експериментально досліджено еволюцію структурного стану (аж до зруйнування) в монокристалах цинку при кріогенних теплозмінах, спостережене утворення малокутових меж нахилу; знайдено кореляцію зміни додаткового електроопору та числа виникаючих малокутових меж нахилу при теплозмінах.

10. Встановлено кореляцію стрибків деформуючої напруги та стрибків електроопору в титановому сплаві 19 (90, 5% Ti; 5% Al; 2, 5% Zr; 2% Nb) при 4, 2К, що свідчить про єдність факторів, відповідальних за переривчастий характер залежностей напруги та електричного опору від часу.

11. На основі графічного методу Томпсона проведений теоретичний розгляд парної взаємодії дислокацій, у рамках якого знайшли пояснення практично всі виявлені в роботі великі локальні зсуви як при ковзанні, так і при двійникуванні.

12. На основі моделі “стандартного лінійного тіла” запропонований феноменологічний опис поведінки меж одиничного двійника при різних режимах навантаження кристала, що задовільно описує основні експериментальні дані.

13. На базі досліджень по низькотемпературній циклічній обробці матеріалів розроблено технологію приготування компаунда для датчиків промислових витратомірів “Циклон”, які використовуються в системах идобутку і транспортування природного газу та нафти.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗДОБУВАЧА ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Башмаков В. И., Босин М. Е., Бродский М. М. Ползучесть границ единичных двойниковых прослоек в кристаллах цинка // Кристаллография. - 1974. - T. 19, - № 3. - C. 592-596.

2. Босин М. Е., Каминский В. Б., Шинкаренко С. П. Устройство для изучения кинетики и динамики развития единичных двойниковых прослоек в условиях однородного напряженного состояния // Заводская лаборатория. - 1975. Т. 41, - № 7. С. 831-832.

3. Босин М. Е., Папиров И. И., Яковенко Н. Г. Исследование процессов двойникования в бериллии и его сплавах с медью // Известия вузов. Физика. - 1975. -№ 4. -С. 120-121.

4. Lavrentev F. F., Bosin M. E. The Peculiar Effect of Forest Dislocations on Single Twin Layer Development in Zinc and Beryllium Single Crystals // Materials Science and Engineering. - 1978. - Vol. 33. - P. 243-248.

5. Босин М. Е., Пахомов П. Л., Лазаренко В. П.. О механизме влияния дислокаций леса на подвижность двойниковых границ в кристаллах Zn, I. // Украинский физический журнал. - 1980, - T. 25, - № 9. - С. 1469-1472.

6. Босин М. Е, Пахомов П. Л.. О механизме влияния дислокаций леса на подвижность двойниковых границ в кристаллах Zn, II. // Украинский физический журнал. - 1982. - Т. 27, - № 3. - С. 372-375.

7. Босин М. Е., Пахомов П. Л. Приближенное теоретическое рассмотрение динамики обратимого смещения двойниковых границ в металлических кристаллах // Украинский физический журнал. -1986. - Т. 31, - № 9. - С. 1415-1419.

8. Феноменологическое описание полугорячей деформации / Е. Е. Босин, М. Е. Босин, Е. П. Гомозов, В. Н. Журавлев, Б. П. Рудаков. // Республиканский межведомственный научно-технический сборник «Обработка металлов давлением в машиностроении». - 1991. - Вып. 27. С. 3-9.

9. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никофоренко В. Н. // Особенности изменения структурного состояния и внутренних напряжений в полосах сдвига монокристаллов цинка. //ФТТ - 1999. - Т. 41, - вып. 9. - С. 1644-1646.

10. Босин М. Е. Устройство для измерения расхода // Патент № 2002210. - Россия, - зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 10. 06. 1993г.

11. Босін М. Є. Пристрій для вимірювання розходу // Патент № 4811. - Україна, - занесений до Державного реєстру винаходів України 28. 12. 1994 р.

12. Босин М. Е., Колодий Г. В., Пахомов П. Л. Новый парциальный тепловой расходомер «Циклон» // Измерительная техника. - 1994. № 8. - С. 41-43.

13. Особливості двійникування в ростових бікристалах цинку двійникової орієнтації / М. Є. Босін, Ф. Ф. Лаврентьєв, В. Н. Никифоренко, О. П. Саліта. // Український фізичний журнал. - 1995. - Т. 40, - № 6. - С. 559-562.

14. Структурные аспекты двойникования в ростовых бикристаллах цинка двойниковой ориентации / М. Є. Босін, Ф. Ф. Лаврентьєв, В. Н. Никифоренко, О. П. Саліта. // Физика твердого тела. - 1995. - Т. 37, - вып. 10. - С. 3130-3134.

15. Bosin M. E., Kazarov Yu. G., Lavrentev F. F. The Influence of intergranular large-angle tilt boundaries on the Strain Hardening and Destruction of pyre Zinc Bicrystals // Тез. докл. Cryogenic engineering conference and International cryogenic materials Conference, - July, 17-21. 1995. - Columbus, Ohio. - TU - PM2 - 34.

16. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никифоренко В. Н. О движении ростовой межзеренной границы двойниковой ориентации в бикристаллах сплава (Fe + 3, 5% Si) // Физика твердого тела. - 1996. - T. 38, - № 12. - С. 3625-3627.

17. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никифоренко В. Н. О локализации пластической деформации в кристаллах цинка с дислокациями леса // Физика твердого тела. - 1996. - Т. 38, - № 12. - С. 3619-3624.

18. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никифоренко В. Н. Локализация пластической деформации в моно- и бикристаллах цинка при скольжении и двойниковании // Тез. докл. VII Международного семинара «Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов». - 25 29 марта 1996, - г. Екатеринбург, - С. 159.

19. Bosin M. E., Lavrentev F. F., Nikiforenko V. N. On the Motion of a Crown Integranular Boudary with Twin Orientation in Bycrystals of Pure Zinc // Physica status solidi (a). - 1996. - V. 157. - P. 213-216.

20. Механизмы движения и взаимодействия дислокаций в поле высокоскоростных напряжений / В. Н. Никифоренко, М. Е. Босин, В. Г. Корчаков, Н. В. Корчакова. // В кн. «Физические явления в твердых телах» (Материалы 3й Международной конференции), 21-23 января 1997 г., - г. Харьков. - C. 144.

21. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никифоренко В. Н. Особенности движения границ двойника в монокристаллах бериллия при циклическом знакопеременном нагружении // В кн. «Физические явления в твердых телах» (Материалы 3й Международной конференции), 21-23 января 1997 г., - г. Харьков, - C. 193.

22. Bosin M. E. Specific features of twin boundaries motion in beryllium single crystals at the twinning and untwining // Functional materials. - 1997. - V. 4, - № 4 - P. 557-559.

23. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никифоренко В. Н. Структурные аспекты движения границ двойника в монокристаллах бериллия и сплавах бериллия с медью при знакопеременном циклическом нагружении // Научные труды I Международного семинара «Актуальные проблемы прочности» им. В. А. Лихачева и XXXIII семинара «Актуальные проблемы прочности», - 1997, г. Новгород. - T. 2, - ч. 2. - С. 347-348.

24. Bosin M. E., Lavrentev F. F., Nikiforenko V. N. Nonlilarily and localization of Plastic deformation in Zn single crystals with forest dislocation // Materials Science and Engineering. - A252 (1998). - P. 288-291.

25. Bosin M. E. Twin boundaries motion in single crystals of pure bismuth and (Bi + 3% Sn) alloy under alternationg cyclic loading // Functional Materials. - 1998. - V. 5, - № 2. P. 191-193.

26. Босин М. Е., Лаврентьев Ф. Ф., Никифоренко В. Н. Особенности двойникования и разрушения бикристаллов сплава (Fe + 3, 5% Si) двойниковой ориентации при низких температурах // Вестник Тамбовского Университета (труды XXXIVмеждународного семинара «Актуальные проблемы прочности»). - Тамбов - 1998. - Т. 3, - вып. 3. - С. 241.

27. Босин М. Е. Влияние нейтронного облучения на подвижность двойниковых границ в монокристаллах висмута // Вопросы атомной науки и техники. - 1998. - 3 (69), 4 (70), - С. 30-32.

28. Структурное состояние и разрушение в монокристаллах рубина при действии лазерного излучения и облучения / М. Е. Босин, И. Ф. Звягинцева, В. Н. Звягинцев, Ф. Ф. Лаврентьев, В. Н. Никифоренко. // Вопросы атомной науки и техники. - 1998. - 3 (69), 4 (70), - С. 162-163.

29. Bosin M. E., Lavrentev F. F., Nikiforenko V. N. Pair interation of dislocations and twin boundary motion in bismuth single crystals under alternating cyclic loading // Functional materials. - 1999. - V 6, - № 1, С. 60-63.

30. Градуировка и пределы измерения промышленного парциального теплового расходомера “Циклон” / М. Е. Босин, Г. В. Колодий, А. Н. Костомаров, Л. П. Пасичнык // Измерительная техника. - 1998. - №11. - С. 45-47.

31. Bosin M. E., Lavrentev F. F., Nikiforenko V. N. Electrical resistence oscillation provoking by the plastic flow instability in (Ti-Al-Zr-Nb) alloy at 4, 2K // Cryogenic Engineering Conference and International Cryogenic Materials Conference. July 12-16, 1999. - Palais des Congres, Montreal, Quebec, Canada. -P. 91-92.

32. Bosin M. E., Nikiforenko V. N., Korshakov V. G., Korshakova N. V. Twin boundaries motion in zinc single crystals under shok loading// Functional Materials. - 1999. - Vol. 6, - No 4. - P. 645-648.

Босин М. Е. Структурные аспекты двойникования и локализации пластической деформации в кристаллических твердых телах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01. 04. 07. - физика твердого тела. - Харьковский государственный университет, Украина, Харьков, 1999.

Установлены скорость-контролирующие механизмы образования и развития локальных сдвигов в твердых телах при различных видах деформации (двойниковании и скольжении). Высокая степень достоверности, общности и значимости результатов обеспечивалась выбором объектов исследования (твердые тела с различными типами кристаллических решеток и межатомных связей) : от модельных - цинк, висмут с оловом, до промышленных - бериллий, сплавы бериллия с медью, кремнистое железо, титановый сплав 19, рубин, а также выбором взаимодополняющих экспериментальных методик как на макро-, так и на микроскопическом уровнях.

Часть результатов представляет из себя впервые обнаруженные эффекты и явления, например, возможность движения межзеренной границы бикристалла двойниковой ориентации по механизму механического двойникования, или явление дуализма при влиянии дислокаций леса на развитие двойниковых прослоек, а часть результатов - это наблюденные зависимости параметров возникновения и развития локальных сдвигов от различных структурных факторов (плотности и типа дислокации леса, режима нагружения, нейтронного облучения и т. д.), оценки скоростей движения двойниковых границ, двойникующих дислокаций, активационных параметров некоторых процессов и прочее.

Практически все полученные результаты проанализированы и объяснены на языке парного взаимодействия дислокаций. Явление дуализма при влиянии базисных дислокаций на развитие единичных двойниковых прослоек в ГПУ кристаллах, которое заключается в увеличении скорости расширения двойников с ростом плотности базисных дислокаций леса при одновременном уменьшении скорости движения двойникующих дислокаций и увеличении предела текучести для двойниковых границ (напряжения начала перемещения границ), объясняется реакцией трансформации базисных дислокаций леса при переходе из материнского кристалла в двойник. Анализ показывает, что при переходе двух базисных дислокаций через двойниковую границу последняя пополняется двумя двойникующими дислокациями и, кроме этого, возникает пирамидальная дислокация в теле двойника.

Явление уменьшения скорости развития двойников с ростом плотности пирамидальных дислокаций леса объясняется реакцией трансформации пирамидальных дислокаций. В результате трансформации одной пирамидальной дислокации две двойникующие дислокации выбывают из границы, что и объясняет уменьшение скорости перемещения границ.

Эффект восстановления упрочнения (стабилизации размеров двойников) при циклическом нагружении образцов связан с реакциями, протекающими при сопутствующем двойникованию скольжении, в результате которых образуются сидячие дислокации и, соответственно, повышается уровень внутренних напряжений.

Превращение ростовой межзёренной границы двойниковой ориентации в границу механического двойника cвязано с предшествующим этому явлению скольжением в окрестности границы и соответствующими дислокационными превращениями с образованием двойникующих дислокаций. Всё это проанализировано в работе.

В процессе деформирования кристаллов обнаружены локальные сдвиги, превышающие на несколько порядков общую деформацию образцов.

Впервые с помощью электронной просвечивающей микроскопии непосредственно наблюдены двойникующие дислокации в кристаллах бериллия, а также в режиме in situ наблюдены двойникование и разрушение в кристаллах рубина при лазерном излучении и лазерном облучении образцов.

Предложена феноменологическая модель, базирующаяся на сходстве свойств единичных двойников и макрообразцов, удовлетворительно описывающая наблюдённые явления и зависимости.

Результаты исследований по движению, размножению, взаимодействию и накоплению дефектов, полученные на различных материалах, позволили решить проблему стабилизации сплава компаунда в области низкоразмерной измерительной системы - датчика теплового расходомера «Циклон», не имеющего аналогов в мировой практике. Показано, что с помощью низкотемпературной термоциклической обработки материалов компаунда термозонда расходомера «Циклон» можно формировать структурное состояние, увеличивающее продолжительность срока службы расходомера в экстремальных условиях эксплуатации.

Ключевые слова: локальные сдвиги, двойниковые прослойки, парное взаимодействие, явление дуализма, нейтронное облучение, лазерное излучение, лазерное облучение, феноменологическое описание, термоциклическая обработка, дислокационные скопления.

Босін М. Е. Структурні аспекти двійникування і локалізації пластичної деформації в кристалічних твердих тілах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 04. 07. - фізика твердого тіла. - Харківський державний університет, Україна, Харків, 1999.

Встановлено швидкість-контролюючі механізми утворення і розвитку локальних зсувів у твердих тілах при різноманітних видах деформації (двійникуванні і ковзанні). Висока ступінь достовірності, спільності і значимості результатів забезпечувалась вибором об'єктів дослідження (тверді тіла з різноманітними типами кристалічних решіток і міжатомних зв'язків) : від модельних - цинк, вісмут з оловом, до промислових - берилій, сплави берилію з міддю, кременисте залізо, титановий сплав 19, -Al2O3 (Cr+3) - рубін.

Всі виявлені ефекти та явища (перетворення ростової міжзеренної межі двійникової орієнтації в межу механічного двійника, дуалізм при впливі дислокацій лісу на рухомість двійникових меж тощо) проаналізовані та пояснені мовою парної взаємодії дислокацій та їх перетворень.

Проведення досліджень особливостей руху, розмноження, взаємодії і накопичення ансамблів дефектів, отриманих на модельних матеріалах, дозволило розвязати проблему стабілізації сплаву компаунда в галузі низькорозмірної вимірювальної системи - датчика теплового витратоміра «Циклон», який не має аналогів у світовій практиці. Приведені теоретичні основи дії витратоміра “Циклон” і його практичне застосування. Показано, що за допомогою низькотемпературної термоциклічної обробки матеріалів компаунда термозонда витратоміра «Циклон» можна формувати структурні стани, що збільшують тривалість терміну служби витратоміра в екстремальних умовах експлуатації.

Bosin M. E. Manuscript Thesis for a Doctor's degree of Physics and Matematics by speciality 01. 04. 07. -Physics of Solid State. -Kharkiv State University, Kharkiv, Ukraine, 1999.

The controlled mechanisms for the formation and evolution of the local shears in solids at different type of deformation (twinning and slip) have been ascertained. High degree of certainty, common character and significance of results were ensured by choosing of investigation objects. The solids with different type of crystal lattice and interatomic relation have been explored. The model materials like Zn, Bi-Sn alloy as well as commercial Be, Be-Cu alloy, Fe-Si, Titanium alloy 19, -Al2O3 (Cr+3) - ruby have been studied.

All the revealed effects and phenomenons (the influence of intergranular large-angle tilt boundaries on the strain hardening and destruction of pure Zn and Fe+3, 5% Si, duality under the influence of forest dislocation on the mobility of borders, etc…) have been analyzed and explained by means of coupled interaction of dislocations and their conversions.

The investigations of the motion, generation and accumulation of defects in different materials make possible to settele question of compaund alloy stabilization. The stabilizated alloy was applied for the small-dimensioned measuring system, namely for heast flow sensor “Cyclone” which has no analogue in modern practice. The result of the study demonstrate that low temperature cycling seems to be an affective technique creating the compound structure thus allowing to prolong the service life of flow sensor under extreme operating conditions.

Keywords: local shears, twin layers, pair interaction, the phenomenon of dualism, neutron- and laser irradiation, laser radiation, phenomenological description, thermocycling treatment, dislocation pile-ups.

Размещено на Allbest.ru