Пластическая деформация и разрушение нитевидных кристаллов хлористого натрия под действием плотных наносекундных пучков электронов

• Автор: Хлебников, Олег Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Кемерово, Томск
• Количество страниц: 155 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Разрушение твердых тел плотными импульсными электронными пучками
1.1.1. Характер разрушения
1.1.2. Порог разрушения
1.1.3. Механизмы хрупкого разрушения
1.1.4. Влияние размеров образца (масштабный эффект)
1.1.5. Движение дислокации и пластическая деформация кристаллов при электронном облучении
1.2. Механические свойства нитевидных кристаллов
1.2.1. Диаграммы деформации. Зуб текучести
1.2.2. Масштабная зависимость прочности НК
1.2.3. Стадия легкого скольжения
1.2.4. Стадия деформационного упрочнения
1.2.5. Влияние ионизирующего излучения на механические свойства НК
1.3. Постановка задачи работы, выбор объекта исследования
2. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Выращивание, отбор и исследование дислокационной структуры нитевидных кристаллов
2.2. Установка для облучения нитевидных кристаллов плотными электронными пучками
2.3. Расчет поглощенной дозы в нитевидных кристаллах хлористого натрия
2.4. Установка для механических испытаний нитевидных кристаллов на растяжение и изгиб
2.5. Технические параметры и погрешности методов измерения
3. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ
ЭЛЕКТРОНОВ
3.1. Характер изгиба, влияние структурной дефектности НК на
характер изгиба
3.2. Влияние дозы на изгиб нитевидных кристаллов и масштабная зависимость эффекта
3.3. Инициированный электронным пучком возврат изогнутых нитевидных кристаллов
3.4. Дозная зависимость накопления дислокации в НК при электронном облучении
3.5. Изгиб НК при силовом воздействии и накопление дислокации в НК при механическом изгибе
3.6. Термоупругие напряжения в нитевидном кристалле
4. РАЗРУШЕНИЕ НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО
ОБЛУЧЕНИЯ
4.1. Характер разрушения НК
4.2. Масштабная зависимость порога разрушения НК
4.3. Влияние дефектов на порог разрушения НК
4.4. Влияние предварительной пластической деформации на порог разрушения НК
5. КОРРЕЛЯЦИЯ МЕЖДУ ПРОЦЕССАМИ РАЗРУШЕНИЯ И
ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НК ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ПЛОТНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
5.1. Плотность распределения вероятности разрушения НК
5.2. Модель процессов, реализуемых в НК при импульсном электронном облучении
5.3. Исследование процесса релаксации напряжений в нитевидных кристаллах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация является продолжением работ, выполненных в Томском политехническом университете по исследованию свойств диэлектриков при импульсном облучении плотными электронными пучками.
Создание во второй половине 60-х годов сильноточных ускорителей плотных электронных пучков с токами 10...106 А положило начало развитию новой области физики - физики мощных радиационных воздействий, изучающей свойства материалов при мощностях дозы Мд=Т0п...1016 Вт-кг"1. Для нее характерны сильные коллективные эффекты, связанные в частности с созданием в облучаемом объеме интенсивных механических полей. Это приводит к хрупкому разрушению твердого тела одним импульсом облучения уже при дозах 104... 106 Дж-кг_1[1]. Этот эффект, наряду с другими препятствует дальнейшему увеличению мощности сильноточных ускорителей и других мощных источников радиации.
Из механики твердого тела [2,3] хорошо известно, что при быстром нагреве образца возникают термомеханические напряжения двух классов - динамические (акустические), которые распространяются со скоростью звука, и квазистатические, которые возникают при неоднородном нагреве и распространяются со скоростью температуропроводности. И те, и другие эффективно взаимодействуют с двумя фундаментальными классами дефектов твердого тела - дислокациями и трещинами. Рост микротрещин приводит к хрупкому разрушению, а размножение и движение дислокаций - к пластической деформации. Хрупкое разрушение обычных (не нитевидных) кристаллов под действием мощных электронных пучков впервые подробно исследовано в работах [4,5]. Оказалось, что при столь интенсивном динамическом нагружении образцов большую роль играют быстрые процессы релаксации механических напряжений, которые не проявляются при более медленном статическом нагружении. Характерна ступенчатая зависимость среднего энергетического порога хрупкого разрушения кристаллов (доза за импульс облучения, выше которой происходит хрупкий раскол образца с вероятностью больше 0,5) от длительности импульса г

предела текучести, распространяется по длине кристалла. Движение фронта полосы прерывистое, что сопровождается появлением скачков напряжения на кривой деформации [68-70, 80-82, 99-102]. Каждому скачку напряжения соответствует появление новой пачки полос скольжения обычно рядом с образовавшейся ранее. Как показывают металлографические исследования, скольжение на этой стадии является одиночным, то есть происходит в одной системе скольжения, для НК КС1 это доказано методом электронной микроскопии [101]. Стадия легкого скольжения продолжается до тех пор, пока весь кристалл не покроется полосами скольжения. В НК ряда металлов и ионных кристаллов протяженность стадии легкого скольжения и среднее напряжение, при котором она протекает - напряжение течения отен, убывают с увеличением диаметра образца [80, 81, 99-102].
Детальное статистическое исследование параметров скачков напряжения на стадии легкого скольжения проведено на НК NaCl с простейшими типами исходной дислокационной структуры [95, 103, 104]. Исследовались следующие параметры: напряжение начала скачка (Ус напряжение окончания скачка оК} амплитуда скачка Да = ас - ак, частота скачков f Статистическая обработка включала в себя проверку статистической однородности процесса, установление вида распределения параметров, корреляционный анализ. Установлено, что в совершенных образцах l-ro и 2-го типа исходной дислокационной структуры стадия легкого скольжения статистически однородна, она протекает на примерно постоянном уровне напряжения, характер скачкообразности на протяжении всей стадии остается постоянным. Для этих образцов напряжения начала ос и окончания ок скачков распределены по нормальному закону, а амплитуда скачка подчиняется распределению Вейбулла. Корреляционный анализ показал, что имеется определенная зависимость между значениями ас и а к скачка, связь между су с и Да и между ак и До слабее. Средние значения параметров скачкообразности обнаруживают явную масштабную зависимость: с увеличением диаметра НК частота скачков и амплитуда скачков <Да> уменьшаются, а среднее расстояние <Д/>, на