Дислокационные механизмы низкотемпературной акустической релаксации в железе

Abstract

Разработан и апробирован комплексный подход к изучению механизмов низкотемпературной дислокационной релаксации при циклических низкотемпературных деформациях кристаллических материалов: совместное использование экспериментальных методов механической спектроскопии в широких частотно-температурных диапазонах и теоретических методов статистического и термоактивационного анализа экспериментальных результатов. Эффективность такого подхода продемонстрирована на примере изучения низкотемпературных релаксационных резонансов в кристаллах железа, дислокационная структура которых варьировалась предварительной пластической деформацией. Полученные ранее результаты механической спектроскопии железа в температурном интервале 4 К < T < 150 К при частотах колебаний порядка 1 Гц и 10⁵ Гц в данном исследовании дополнены детальным изучением температурных спектров внутреннего трения и модуля Юнга монокристаллической пластины железа при промежуточных частотах порядка 10³ Гц. Для интерпретации всей совокупности экспериментальных результатов предложена модель двухмодового дислокационного релаксатора: первая его составляющая — прямолинейный сегмент дислокационной линии в рельефе Пайерлса I рода, релаксационные свойства которого определяются термической активацией парных кинков; вторая составляющая — цепочка геометрических кинков, способных к термически активированному диффузионному перемещению в рельефе Пайерлса II рода. Получены эмпирические оценки энергетических, силовых, инерционных и геометрических характеристик обеих составляющих такого релаксатора. Данное исследование дополняет выполненный ранее анализ процессов механической релаксации в кристаллах, обусловленный зарождением и перемещениями кинков на дислокационных линиях (обзор: A. Seeger and C. Wüthrich, Nuovo Cimento B 33, 38 (1976)).Розроблено та апробовано комплексний підхід до вивчення механізмів низькотемпературної дислокаційної релаксації при циклічних низькотемпературних деформаціях кристалічних матеріалів: сумісне використання експериментальних методів механічної спектроскопії у широких частотнотемпературних діапазонах та теоретичних методів статистичного і термоактиваційного аналізу експериментальних результатів. Ефективність такого підходу продемонстровано на прикладі вивчення низькотемпературних релаксаційних резонансів у кристалах заліза, дислокаційна структура яких змінювалась попередньою пластичною деформацією. Одержані раніше результати механічної спектроскопії заліза у температурному інтервалі 4 К < T < 150 К при частотах коливань порядка 1 Гц і 10⁵ Гц у даному дослідженні доповнено детальним вивченням температурних спектрів внутрішнього тертя та модуля Юнга монокристалічної пластини заліза при проміжних частотах порядку 10³ Гц. Для інтерпретації всієї сукупності експериментальних результатів запропоновано модель двоходового дислокаційного релаксатора: перша його складова — прямолінійний сегмент дислокаційної лінії у рельєфі Пайєрлса I роду, релаксація якого визначається термічною активацією парних кінків; друга складова — ланцюжок геометричних кінків, котрі здатні до термічно активованої дифузії у рельєфі Пайєрлса II роду. Одержано емпіричні оцінки енергетичних, силових, інерційних та геометричних характеристик обох складових такого релаксатора. Дане дослідження доповнює виконаний раніше аналіз процесів механічної релаксації у кристалах, обумовлених зародженням і переміщеннями кінків на дислокаційних лініях (огляд: A. Seeger and C. Wüthrich, Nuovo Cimento B 33, 38 (1976)).