кандидат фізико-математичних наук, Лазаренко А.С.,

магістрант Онищенко І.І.

Бердянський державний педагогічний університет, Україна

Кінетика утворення пор в каналах потрійних стиків полікристалів

Постановка проблеми. Головною структурною особливістю будови полікристалів порівняно з монокристалами та аморфними твердими тілами є наявність меж зерен (МЗ).

Одним з найважливіших наслідків процесів узгодження, що відбуваються в межах та стиках зерен є виникнення концентраторів напружень різноманітних типів (дифузійного, дислокаційного, дисклінаційного).

Релаксація концентраторів напружень призводить до утворення релаксаційних структур, в тому числі – стикових пор.

В зв’язку з цим виникає задача визначення критерію можливості утворення стикової пори під час релаксації стикового концентратора дислокаційного типу.

Проблеми теоретичного моделювання процесів виникнення і релаксації концентраторів напружень у зламах меж зерен та потрійних стиках меж зерен вперше вивчалися в роботах І.М. Ліфшиця та В.В. Сльозова [1, 2].

Подальшого розвитку дослідження процесів виникнення стикових концентраторів отримали в роботах Рабухіна В.Б. і Лазаренка А.С. [3-6], де були детально з’ясовані дифузійні та дислокаційні механізми виникнення стикових концентраторів напружень, визначені способи їхньої релаксації за рахунок утворення дислокаційних і дисклінаційних структур. Однак, задача про утворення стикової пори досі детально не розглядалася, критерії енергетичної доцільності її виникнення не були визначені.

Мета статті: описати фізичні результати дослідження з теоретичного моделювання процесів виникнення пори в стику зерен полікристала.

Розглянемо полікристал під дією зовнішнього механічного навантаження, яке забезпечує подолання бар’єру Пайєрлса решітковими дислокаціями, тобто в об’ємі зерен стає можливим консервативний рух (ковзання) дислокацій.

Релаксація стикового концентратора може здійснюватися за рахунок різних механізмів локальної пластичної деформації, як то: утворення «факелів» дислокаційних люпсів; пластичних ротацій; локальної міграції, утворення стикової пори.

Розглянемо механізм релаксації стикового дислокаційного концентратора за рахунок утворення стикової пори.

Дифузійний масоперенос через межі зерен може забезпечити утворення стикової пори, якщо вона забезпечує часткову, або повну релаксацію стикового концентратора.

Часткова релаксація стикового концентратора напружень відбудеться, якщо енергія, пов’язана з порою буде меншою від енергії дислокаційного концентратора.

Проведемо оцінку енергії пори в залежності від її радіусу. Енергія пори складається з енергії пружної деформації, обумовленої порою, та поверхневої енергії самої пори.

Енергія дислокаційного концентратора – це енергія його полів напружень, її можна оцінити за виразом, який враховує внесок енергії ядра дислокації:

, (1)

Надлишок енергії полікристалу, пов’язаний з виникненням стикової пори оцінюється як:

(2)

Висновки. Порівнюючи (1) і (2) отримуємо критерій виникнення стикової пори замість стикового концентратора напружень дислокаційного типу, як умову зниження енергії деформованого стану:

,

. (3)

Таким чином пора, яка виникає внаслідок релаксації стикового концентратора напружень дислокаційного типу не може перевищити певного критичного розміру, що визначається умовою (3).

Перспективи подальших пошуків у напрямі дослідження. Подальші напрями дослідження пов’язані з вивченням механізмів еволюції розподілу відносної кількості зерен полікристалу за їхніми розмірами під час пластичної деформації.

ЛІТЕРАТУРА

1. Лившиц Е.М. К теории диффузионновязкого течения поликристаллических тел / Е.М. Лившиц, – ЖЭ ТФ, 1963. – т. 44, вып. 4. – С. 1349-1367.

2. Лифшиц И.М. О кинетике диффузионного распада пересыщенных твердых растворов / И.М. Лифшиц, В.В. Слезов, – Ж. эксперимент. и теоретич. физ., 1958. – Т. 35. – №2. – С. 479-492.

4. Рабухин В.Б. Влияние тройных стыков зерен на пластичность при отсутствии диффузионной подвижности / Виктор Борисович Рабухин, – ФММ, 1986. – т. 61. вып. 5. – С. 996-1001.

5. Лазаренко A.C. О релаксации напряженного состояния тройного стыка границ зерен / A.C. Лазаренко, В.Б. Рабухин, B.B. Слезов, – Металлофизика, 1991. –Т.13. №4. – С. 40-46.

6. Лазаренко А.С. Зернограничная диффузия и концентрация напряжений в стыках зерен поликристаллов / А.С. Лазаренко, В.Б. Рабухин, В.В. Слезов, – Изв. РАН, 1993. – Сер. физ., 57, №: 11.