Unambiguous coupling between acoustic and electromagnetic emissions in plastically deformed crystals

Анотація

Очевидний зв’язок між акустичною (АЕ) та електромагнітною (ЕМЕ) емісіями експериментально доведений шляхом одновісного стиску монокристалів LiF при одночасній реєстрації АЕ та ЕМЕ. Кореляція між АЕ та ЕМЕ свідчить, що спостережувана ЕМЕ зумовлена рухомими дислокаціями та зарядженими вакансіями іонної гратки, що взаємодіють у процесі деформаційного зміцнення. Теоретична інтерпретація, запропонована для пояснення спостережуваної ЕМЕ, заснована на добре відомому ефекті Степанова, що полягає у замітанні вакансій певного знаку крайовими дислокаціями, що ковзають у певних кристалографічних системах та формують хмарини Котрела. Під час деформаційного зміцнення формуються дислокаційні скупчення, та певна нерівноважна зарядова густина акумулюється у голові цих скупчень, що призводить до динамічної електричної поляризації деформованого кристала. В міру того, як зовнішнє навантаження зростає, замкнені дислокаційні скупчення прориваються через припони, внаслідок чого вивільнюються пов’язані з ними нерівноважні заряджені вакансійні хмарини. Релаксація цього заряду призводить до внутрішніх поляризаційних струмів, корельованих з динамічними дислокаційними процесами під час пластичної деформації. Для побудови теоретичної моделі припущено, що релаксаційні струми можуть бути описані як атермічний в’язкий рух вакансій під впливом кінетичної сили тертя ∼ Bϑ (B — коефіцієнт тертя, ϑ — швидкість вакансії) у самоузгодженому електричному полі, що визначається розподілом повної густини заряду. Розраховано електричний сигнал, генерований діючою системою ковзання. Шляхом порівняння теоретично розрахованої та експериментально виміряної форм сигналу коефіцієнт тертя для лінійного ланцюжка вакансій (аналог екстраплощини крайової дислокації) в LiF оцінено як B ≅ 0.9¹⁰• 10^-5 g•cm^–1• s ^–1. Ця величина цілком узгоджується з відповідним коефіцієнтом для дислокацій в іонних гратках.