ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические свойства из "Физика и химия твердого состояния" Нитевидные кристаллы. Наиболее примечательное свойство НК — их высокая прочность и малое внутреннее трение. Высокие прочностные свойства НК обнаруживаются при всех видах нагружения (изгиб, растяжение, кручение), хотя иногда характер напряженного состояния может существенно изменить предел текучести. Так, Хирс (1958 г.) показал, что НК олова, самопроизвольно выросшие на электропокрытии, обладают большой прочностью на изгиб и малой — на растяжение. [c.486] Предельная прочность НК и уровень нвутреннего трения явно зависят от их диаметра (рис. 194). В образцах толщиной более 20—30 мкм прочность НК (и внутреннее трение) совпадает с прочностью массивных кристаллов и лишь начиная примерно с 10 мкм быстро возрастает (внутреннее трение уменьшается), приближаясь к теоретической прочности материала. [c.486] Такая зависимость соответствует соотношению, выведенному по известной статистической теории масштабного эффекта. Масштабный эффект, т. е. повышение прочности с уменьшением диаметра образцов, наблюдается и на кристаллических, и на некристаллических материалах. Хорошо известна необычайно высокая прочность тонких стеклянных нитей, доходящая до 500 кгс/мм в обычном стекле. [c.486] Масштабный эффект в НК (и тонких стеклянных нитях) не очень малых диаметров, так же как и в обычных материалах, может быть связан с уменьшением вероятности появления опасных дефектов на поверхности или внутри образца. [c.486] НОСТЬ только тогда, когда они подвижны. Подвижность же дислокаций зависит от структуры кристалла и температуры. [c.487] К числу объемных дефектов, влияющих на прочность, относятся также инородные включения-примеси. Механизм разупроч-няющего действия примесей в НК может быть связан с тем, что скопление их может служить источником дисло саций. [c.487] Если в пластичных образцах (металлы) прочность НК понижают в основном дислокации и их источники, то в хрупких образцах (полупроводники, диэлектрики) наиболее опасны концентраторы напряжений (см. гл. IV) и в первую очередь поверхностные дефекты. [c.487] Как показали измерения внутреннего трения, образцы с дефектной поверхностью и, следовательно, низкой прочностью обладают низким уровнем внутреннего трения, что свидетельствует о высокой степени внутреннего совершенства образцов. [c.487] Опасность дефектов поверхности можно уменьшить с помощью поверхностных покрытий. Вейк (1958 г.) обнаружил, что покрытие толстых НК железа слоем никеля толщиной 100 атомных слоев резко повышает их прочность. [c.487] Прочность НК существенно зависит не только от их толщины, но и от длины. Это особенно заметно при растяжении разорванных образцов. Например, прочность НК железа при четвертом испытании возросла по сравнению с прочностью исходного образца с 99 до 423 кгс/мм (диаметр исходного образца 5 мкм, длина 4 мм). Такое повышение прочности связано с тем, что образец каждый раз разрывается в месте расположения наиболее опасного дефекта. [c.487] Структурные особенности НК проявляются также при деформации двойникованием, ползучести, испытании на усталость, фазовых превращениях и др. [c.488] Интересным свойством НК является их способность восстанавливать после деформации исходную форму в процессе высокотемпературного отжига. Этот эффект впервые наблюдали Бреннер и Морелок (1956 г.) при изгибе кристаллов. Косилов и др. (1969 г.) изучали его для случая деформации кручением. НК пластически закручивались на углы до 10—20я. Деформированные таким образом НК меди, железа и меди, легированной никелем, диаметром 3—15 мкм в зависимости от степени деформации могут полностью восстанавливать исходную форму в процессе отжига в интервале 600—900° С. После полного возврата формы в НК продолжают оставаться дефекты, возникающие при деформации. Об этом свидетельствует лишь частичное восстановление (уменьшение) внутреннего трения и предела упругости после отжига при температурах, близких к точке плавления. [c.488] Тонкие пленки. Как мы видели выше, сплошные тонкие пленки содержат большое количество дефектов и тем не менее обнаруживают при эксперименте большую прочность. Прочность сплошных пленок может в сотни раз превышать прочность отожженных массивных образцов и приблизительно в десять раз — приводимые в справочниках значения для холоднотянутых материалов. [c.488] Д Антонио и Гарщис (1963 г.) показали, что полученные ими результаты для поликристаллических пленок никеля можно подогнать под уравнение (797), хотя равным образом их можно описать и зависимостью (797а). [c.489] В заключение следует отметить, что в настоящее время экспериментальных данных еще не достаточно для того, чтобы установить, как зависит прочность тонких пленок в обычных условиях от толщины. Может оказаться, что тот или иной вид этой зависимости определяется какими-то неизвестными характеристиками структуры. [c.489] Пока можно лишь сказать, что высокая прочность пленок обусловлена отсутствием действующих источников дислокаций и ограничением перемещений ростовых дислокаций. Частично высокая прочность пленок может объясняться еще тем, что их поверхность микроскопически достаточна совершенна. По данным Билби (1958 г.), энергия, необходимая для зарождения дислокаций около идеальной поверхности, так высока, что процесс не будет происходить. Таким образом, хорошая поверхность будет предотвращать зарождение дислокаций в тонких пленках, где источники дислокаций не действуют. [c.489] Относительно тонких сплошных пленок к 200 А) следует принять во внимание и тот факт, что сжимающее напряжение в них, возникающее от поверхностного натяжения, тоже способствует увеличению прочности. [c.489] Нитевидные кристаллы и пленки. Представляет интерес сравнить механические характеристики тонких пленок и НК. [c.489] Как видим, механические свойства пленок скорее сходны со свойствами наклепанных материалов и резко отличны от механических свойств нитевидных кристаллов. [c.490] Вернуться к основной статье