СТРУКТУРНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПАРАМЕТРОВ a-ПИКА АКУСТИЧЕСКОЙ

РЕЛАКСАЦИИ В НИОБИИ И ЖЕЛЕЗЕ

Нацик В.Д., Паль-Валь П.П., Паль-Валь Л.Н., Семеренко Ю.А.

ФТИНТ им. Б.И.Веркина НАН Украины, пр. Ленина, 47, 61103 Харьков, Украина

Методом двойного составного вибратора на частотах ~ 90 кГц изучено влияние пластической деформации, термоциклирования и низкотемпературного отжига на параметры низкотемпературного a-пика внутреннего трения и соответствующего ему дефекта модуля Юнга в моно- и поликристаллах Nb с различной суммарной концентрацией примесей с, а также в монокристаллах высокочистого Fe. Основные характеристики образцов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Образец	Структура	с, ат.%
Nb-37	Монокристалл <100>	8.0·10^-2
Nb-60	Поликристалл (зерно 0.1 мм)	5.0·10^-2
Nb-290	Поликристалл (зерно 5-12 мм)	1.0·10^-2
Nb-660	Поликристалл (зерно 5-12 мм)	4.5·10^-3
Nb-970	Поликристалл (зерно 5-12 мм)	3.0·10^-3
Nb-2100	Монокристалл <100>	1.4·10^-3
Nb-10000	Монокристалл <100>	2.0·10^-4
Fe	Монокристалл <731>	<1.0·10^-4

Установлено, что температура локализации (T_p) и характерная ширина релаксационного резонанса (T_h) в Nb и Fe зависит от структурного состояния образцов, которое варьировалось как в результате предварительной пластической деформации при комнатной температуре (Nb и Fe, рис. 1 и 2) и термоциклирования (Nb, рис. 2), так и путем изменения концентрации примесей (Nb, рис. 3). Увеличение чистоты образцов Nb приводит к повышению температуры локализации пика, а также к увеличению его ширины и амплитуды.

Рис. 1. a-пик в крупнозернистых поликристаллических образцах ниобия с различным содержанием примесей (а – 1-е охлаждение 300-150 К, б – 1-й отогрев 150-300 К).

1 – Nb-970, 2 – Nb-660, 3 – Nb-290.

Рис. 2. Влияние структурного состояния образца Nb-60 на a-пик.

1 – 1-е термоциклирование (300-6-300 К) недеформированного образца; 2 – 1-е термоциклирование (300-6-300 К); 3 – пластическая деформация e_pl =5%; 4 – выдержка деформированного образца 1 год при 300 К.

Рис. 3. Температурные зависимости декремента колебаний d и дефекта модуля DE/E в Fe.

1 – недеформированный образец; 2 – пластическая деформация e_{p l}» 3%; 3 – выдержка деформированного образца 3 дня при 300 К; 4 – выдержка деформированного образца 11 лет при 300 К.

Показано, что a-пик в Nb и Fe обусловлен резонансным взаимодействием колебаний образца с процессом термически активированного зарождения пар кинков на дислокационных сегментах, лежащих в долинах потенциального рельефа Пайерлса. Получены эмпирические оценки активационных параметров ( и ), характеризующих этот процесс, а также значения дисперсии D энергии активации соответствующие различным структурным состояниям образцов (см. табл. 2 и табл. 3). Влияние содержания примесей на параметры a-пика в Nb обусловлены зависимостью от концентрации примесей (см. табл. 2).

Таблица 2. Эмпирические оценки активационных параметров (, D и ) релаксационного процесса, ответственного за a-пик внутреннего трения в Nb .

Образец	Tp, K	Th, K	10^10·t0, c	U0, эВ	10^2·D, эВ
Nb-60	189^(1), 190^(2) 202^(3), 197^(4)	65.2^(1), 65.5^(2) 74.4^(3), 65.7^(4)	1.0	0.15	0.78^(1), 0.79^(2) 0.98^(3), 0.67^(4)
Nb-290	198^(5), 251^(6)	55^(5)	3.0		0^(5), 2.65^(6)
Nb-660	221^(5), 255^(6)	78^(5)	6.7		0^(5), 2.68^(6)
Nb-970	234^(5), 275^(6)	79^(5)	11.0		0^(5), 2.42^(6)
Nb-37^(6)	226	86	0.8		2.42
Nb-2100^(7)	255	81	2.8		3.0
Nb-10000^(6)	265	-	16.0		1.76

⁽¹⁾ однократное термоциклирование, ⁽²⁾ повторное термоциклирование, ⁽³⁾ пластическая деформация e_pl =5%, ⁽⁴⁾ отжиг при 300 К 365 дней, ⁽⁵⁾ 1-е охлаждение, ⁽⁶⁾ 1-й отогрев, ⁽⁷⁾ пластическая деформация e_pl =15% после длительного отжига, 1-е охлаждение.

Таблица 3. Активационные параметры релаксационного процесса, ответственного за a-пик внутреннего трения в Fe .

Параметры пика ("ступеньки")	Структурное состояние образца
	2	3	4
Tp, К	54.3	49.5	44.4
Th, К	41.8	36.1	28.5
D, эВ	0.018	0.015	0.014
U0, эВ	0.037
t0, с	2.5·10^-11

Нумерация структурных состояний образца соответствует нумерации на рис.3.

1. Нацик В.Д., Паль-Валь П.П., Паль-Валь Л.Н., Семеренко Ю.А., ФНТ 25, 748 (1999).
2. Нацик В.Д., Паль-Валь П.П., Паль-Валь Л.Н., Семеренко Ю.А., ФНТ 26, 711 (2000).
3. Нацик В.Д., Паль-Валь П.П., Паль-Валь Л.Н., Семеренко Ю.А., ФНТ 27, 547 (2001).