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 (Tp) и характерная ширина релаксационного резонанса (Th) 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 epl =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 ep 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

1010·t0, c

U0, эВ

102·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 epl =5%, (4) отжиг при 300 К 365 дней, (5) 1-е охлаждение, (6) 1-й отогрев, (7) пластическая деформация epl =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).