ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА

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

ФТИНТ НАН Украины им. Б.И. Веркина, Харьков, Украина

e-mail: palval@ilt.kharkov.ua

В интервале температур 5¸150К изучены изгибные колебания тонкой монокристаллической пластины высокочистого железа на частоте 3.6 кГц. Изучены температурные зависимости динамического модуля Юнга E(T) и декремента колебаний d(T) исходного образца и влияние на них предварительной пластической деформации порядка epl»1%, а также последующего отжига. Результаты этих экспериментов показаны на рис. 1.

 

Рис. 1. Температурные зависимости E(T) и d(T) монокристаллического железа измеренные на частоте 3.6 кГц, сплошными линиями на рис.1b показаны теоретические кривые, рассчитанные по методике предложенной в [2].

Пластическая деформация инициировала появление в области 31¸35 К релаксационного резонанса: пика и характерной ступеньки на зависимостях d(T) и E(T) соответственно. Отжиг приводил к уменьшению фона и пика поглощения и к сдвигу резонанса в область низких температур. Результаты измерений сопоставлены с полученными ранее методом составного вибратора данными о зависимостях d(T) и E(T) чистого монокристаллического железа на частотах 88 кГц и 352 кГц [1], где также обнаружен инициированный пластической деформацией релаксационный резонанс в области температур порядка 50 К (см. рис. 2, 3).

 

 

Рис. 2. Зависимость температуры локализации a-пика от частоты колебаний (данные работы [1]).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Изменение температурных зависимостей E(T) и d(T) монокристаллического железа в результате пластической деформации и последующего низкотемпературного отжига, измеренных на частоте 88 кГц, (данные работы [1]).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вся совокупность полученных экспериментальных данных позволяет заключить, что введенные при пластической деформации в образцы чистого Fe дислокации являются причиной появления характерного для ОЦК металлов низкотемпературного a-пика внутреннего трения, который принято связывать с термически активированным возбуждением пар дислокационных кинков на невинтовых дислокациях. Сопоставление температурно-частотных спектров внутреннего трения, полученных различными методами, а также статистический анализ этих спектров на основе разработанной ранее [2] теории релаксационного резонанса при наличии случайного разброса активационных параметров релаксаторов, позволяют утверждать, что пики акустического поглощения, экспериментально наблюдаемые в интервале температур 28¸35 К на частотах »1 Гц [3, 5] и в области 50¸55 К на частотах » 105 Гц [1, 4], имеют единую физическую природу, и получить эмпирические значения активационных параметров обсуждаемого релаксационного резонанса в Fe: частоту попыток n0 »5·1010 с-1 и энергию активации U0 » 3.7·10-2 эВ.

В экспериментах на частоте 3.6 кГц, кроме описанного выше основного резонанса, на низкотемпературном склоне a-пика наблюдается низкотемпературный сателлит - так называемый a’-пик, локализованный около 12-13К. В том или ином виде a’-пик неоднократно наблюдался различными авторами [3, 4, 5]. В работе [6] показано, что отжиг приводит к сужению и сдвигу в область более низких температур a-пика и появлению a’-пика, который на первоначальных кривых не наблюдался. В работе [7] показано, что a’-пик должен характеризоваться тем же периодом попыток, что и a-пик.

Статистический анализ резонанса, усложненного a’-сателлитом, выполнен нами с использованием известного метода регуляризации Тихонова [9]. Восстановление спектра энергий активации этим методом показывает [8], что этот спектр имеет двухмодовый характер с основной модой, отвечающей a-пику » 3.7·10-2 эВ и дополнительной - отвечающей низкотемпературному сателлиту » 1.5·10-2 эВ. Сопоставление результатов работы [8] с данными настоящей работы позволяет уточнить период попыток релаксационного процесса, ответственного за a’-пик: t0 » 2.4·10-11 с.

 

1.        В.Д. Нацик, П.П. Паль-Валь, Л.Н. Паль-Валь, Ю.А. Семеренко, ФНТ, 26, 711 (2000).

2.        V.D. Natsik, Yu.A. Semerenko, Functional materials, 11, 327 (2004).

3.        I.G. Ritchie, J.F. Dufresne, and P. Moser, Phys. Status Solidi A50, 617 (1978).

4.        P.P. Pal-Val, V.D. Natsik, and S. Kadeckova, Phil. Mag., A56, 407 (1987).

5.        P. Astie, J.P. Peyrade, and P. Groh, J. de Phys., 42, C5-91 (1981).

6.        P. Astie, Proc. of Summer School on Internal Friction in Solids, Cracow (1984), p.43.

7.        L.B. Magalas, Proc. of Summer School on Internal Friction in Solids, Cracow (1984), p.89.

8.        Yu.A. Semerenko, Proc. 21th Int. Conf. "RPS-21", Voronezh, Russia (2004), p.234.

9.        А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин. Методы решения некорректных задач. М.:Наука, 1979.