Вышедшие номера
Динамика формирования отпечатка и дислокационной розетки при импульсном микроиндентировании ионных кристаллов
Головин Ю.И.1, Иволгин В.И.1, Коренков В.В.1, Тюрин А.И.1
1Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
Поступила в редакцию: 5 мая 1996 г.
Выставление онлайн: 20 января 1997 г.

Физические механизмы формирования деформированной зоны около отпечатка остаются до сих пор дискуссионными. Это определяется главным образом недостатком данных о динамике структуры материала под индентором в процессе формирования отпечатка. Имеющаяся информация (о размерах дислокационной розетки, ее структуре и т. д.) относится к большим временам индентирования (порядка десятков-сотен секунд), и практически отсутствуют данные для меньших времен индентирования, когда формируется основная доля отпечатка. Как было установлено ранее [1-3], формирование отпечатка при микроиндентировании ионных кристаллов с решеткой типа NaCl происходит в несколько четко выраженных стадий продолжительностью от единиц миллисекунд до десятков секунд. Они отличаются характерными временами, кинетикой, активационными параметрами и микромеханизмами массопереноса материала в зоне контакта, так что можно ожидать различного строения и динамики зоны деформации на каждой стадии. Цель настоящей работы заключалась в исследовании взаимосвязи рамеров отпечатка и дислокационной розетки в процессе их формирования с временным разрешением порядка 1 ms. Исследования проводились на ионных кристаллах KCl и LiF на установке, позволяющей варьировать длительность приложения нагрузки к индентору в диапазоне времен t от 1 ms до 30 s. Величина нагрузки, прикладываемой к индентору, могла изменяться в интервале от 0.2 до 0.6 N (в зависимости от целей эксперимента). Размеры диагонали отпечатка d фиксировались после разгрузки образца с помощью оптического микроскопа, а длина краевых лучей дислокационной розетки l измерялась после разгрузки и химического травления образца. Обработка экспериментальных данных проводилась по результатам измерений не менее десяти отпечатков, полученных при одинаковой длительности и амплитуде прикладываемой нагрузки. Результаты измерений, представленные на рисунке, показывают, что зависимости d(t) и l(t) имеют быструю и медленную стадии. За время быстрой стадии, составляющей от 2 до 8--10 ms в зависимости от типа исследуемого кристалла, диагональ отпечатка и размеры лучей дислокационной розетки достигали 70--80 % от окончательно установившихся значений, а оставшиеся 20--30 % могли формироваться еще в течение единиц-десятков секунд. Приведенные экспериментальные данные по динамике формирования отпечатка и дислокационной розетки (см. рисунок) показывают, что времена быстрого нарастания d и l коррелируют с длительностью активных стадий кинетики формирования отпечатка, полученных ранее [1-3] методом анализа кинетики непрерывного погружения индентора. [!b] Зависимость размеров диагонали отпечатка индентора ( 1, 3) и длины лучей дислокационной розетки l ( 2, 4) от времени индентирования для LiF ( 1, 2) и KCl ( 3, 4). Нагрузка на индентор составляла 0.35 N. Из таблицы следует, что l определяется только величиной d и практически не зависит от продолжительности формирования отпечатка (в пределах точности эксперимента) в диапазоне времен от 1 ms до 30 s. [!t] #1.#2.#3. height #1pt depth #2pt width #3pt #1#2#1#2 =0.5mm Зависимость длины краевых лучей дислокационной розетки от времени индентирования при постоянном размере диагонали отпечатка c|c|c|c|c|c 3c|KCl&3|cLiF 11.5.0. 11.5.0. d, mum & t, s & l, mum & d, mum & t, s & l, mum 11.0.0. 30.7±1.7 & 2· 10-3 & 81.4±7.4 & 26.8±0.8 & 1· 10-3 & 28.8±1.3 28.7±1.7 & 7 & 77.7±11.8 & 26.1±0.8 & 10 & 24.4±6.0 31.3±1.5 & 30 & 83.6±6.3 & -- & -- & -- Скоррелированность величин l и d, на наш взгляд, может быть обусловлена двумя причинами: малым временем релаксации дислокационной структуры (<1 ms) или ее перестройкой при разгрузке отпечатка. Первая причина представляется менее вероятной. Однако химическое травление в силу большой инерционности не позволяет однозначно ответить на вопрос: формируется ли дислокационная розетка в процессе внедрения и выдержки индентора в материале, или же в процесс ее формирования может вносить существенный вклад релаксация материала во время разгрузки и последующего травления? Из общих соображений ясно, что чем меньше продолжительность нагружения, тем более неравновесна структура деформированной зоны и тем более вероятна ее релаксация при снятии нагрузки и последующем химическом травлении, которое требует разгузки образца и достаточно большого времени (десятки-сотни секунд) для выявления дислокационной структуры кристалла. В пользу предположения о возможности структурных перестроений дислокационной структуры при разгрузке отпечатка также свидетельствуют данные об изменении картин розетки фотоупругости [4] и величины электрического дипольного момента, регистрируемые в ионных кристаллах при разгрузке отпечатка [5]. Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют о скоррелированности изменения размеров отпечатка и длины краевых лучей срелаксированной дислокационной розетки в достаточно широком интервале времен индентирования (от 1 ms до 30 s).
  1. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Письма в ЖЭТФ 60, 10, 722 (1994)
  2. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Кристаллография 40, 5, 884 (1995)
  3. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Изв. РАН. 59, 10, 49 (1995)
  4. Ю.И. Головин, А.А. Шибков, А.И. Тюрин, Ю.С. Боярская, М.С. Кац. ФТТ 30, 11, 3491 (1988)
  5. Ю.С. Боярская, Ю.И. Головин, М.С. Кац, А.А. Шибков, А.И. Тюрин. Латв. физ-техн. журн., 5, 41 (1991)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.