книги / Разрушение твердых тел

щенных в HF. Такое изменение прочности должно быть связано с изменением поверхностной энергии в ~ 1 4 2 (~ 2 0 0 ) раз, если положить в основу критерий Гриффитса [1]. Повышение прочно­ сти, отмеченное Бредтом с сотрудниками [4], также не согласует­ ся с результатами настоящего исследования. Можно предполо­ жить, что эти различия результатов связаны с крайней чувстви­ тельностью германия к типу повреждения, которое легко может

Рис. 3. Разрушающее напряжение и время задержки разрушения для притертых образцов. Вертикальные линии соответствуют 95% достоверности получае­ мых значений:

любое изменение поверхностной энергии должно было бы отра­ зиться на прочности, если эти дефекты являются трещинами Гриффитса [см. (1)].

Так не найдено зависимости прочности от концентрации примесей элементов 111 и V групп в пределах, меньших, чем те, которые соответствуют электросопротивлению 5 ом •см. Насы­ щение медью дает явное повышение прочности, хотя и неболь­ шое у притертых образцов, а насыщение литием ведет к значи­ тельному снижению прочности и притертых, и протравленных кристаллов (рис. 3).

Статическая усталость и влияние температуры

Это явление нельзя считать типичным. Были отмечены слу­ чаи разрушения кристаллов германия примерно через 30 ч при действии постоянного напряжения, близкого к уровню прочно­ сти, однако это явление нельзя считать типичным.

Рис. 4. Отношение среднего разрушающего напряже­ ния при различных температурах к разрушающему на­ пряжению при комнатной температуре. Прочность раз­ лична для притертых образцов разных партий, так как для образцов двух партий (20 и 2 1 ) применялась улуч­ шенная технология притирки. Скорость нагружения про­ травленных образцов примерно вдвое больше, чем для притертых. Сплошная линия показывает наиболее до­ стоверную зависимость, полученную для образцов пар­ тии 21. Вертикальные линии соответствуют 95% досто­

верности полученных значений:

1— партия 16, травление;

2— > 16, притирка;

В большинстве случаев разрушение либо происходит в пер­ вые секунды, либо не наступает вовсе. На рис. 3 показано ти­ пичное поведение одной партии образцов при комнатной темпе­ ратуре. Сплошная линия — кривая нагружения — показывает зависимость приложенного напряжения от времени. Под напря­ жением здесь имеется в виду максимальное напряжение в на­ ружном растянутом волокне, рассчитанное по обычной формуле для изгиба балки. Точками на кривой нагружения отмечены на­ пряжение и время, при которых происходит разрушение образ­ цов. Чистота материала или среда заметно не влияли на время до разрушения, и замедленное разрушение наблюдалось при всех условиях испытаний. На рис. 4 (точками) показана прочность

ду экспериментальными данными и кривой Гриффитса оказа­ лось слишком большим, чтобы его можно было объяснить лишь погрешностями эксперимента, С повышением напряжения рас­ хождение увеличивается. Трещина Гриффитса, соответствующая напряжению 2940,0 Мн)м2 (300 кГ/мм2), должна иметь радиус

— 0,015 мкм, в то время как наименьший зародыш, наблюдав­ шийся на многих исследованных образцах, имел радиус 5 мкм. Кривая В (рис. 8) описывается уравнением

прочных (протравленных) образцов он лежит значительно бли­ же к сжатой поверхности. С другой стороны, предполагалось, что указанный переход может происходить после промежутка време­ ни, достаточного для отражения от границ образца упругих волн, создаваемых продвигающейся трещиной. Этим и можно объяснить сравнительно большую зону скола у высокопрочных образцов, так как скорость развития трещины возрастает с уве­ личением напряжения. Представляется вполне обоснованным предположение о том, что границей зоны скола является сжатая поверхность, лежащая выше развивающейся трещины, так как упругие волны, отражающиеся от этой поверхности, должны пер­ выми достигать вершины трещины, нижняя граница скорости

ковалентных кристаллов со структурой алмаза или цинковой обманки.

Согласно механизму зарождения разрушения, предложенно­ му Фудзита [21], дислокации противоположных знаков в сосед­ них плоскостях скольжения сливаются и образуют волнистый зародыш разрушения. В соответствии с механизмами, предло­ женными Гилменом [22] (для цинка), Алленом [23] (для желе­ за) и Стро [24], разрушение зарождается в результате ослабле­ ния связей по плоскостям скольжения, вызванного скопивши­ мися в них дислокациями. Хотя механизмы Фудзита и Стро тре­ буют значительной генерации дислокаций и их движения, а ме­ ханизмы Гилмена и Аллена требуют образования плоских скоп­ лений дислокаций, их нельзя считать полностью противоречащи­ ми приводимым данным.

Явления, следующие за зарождением разрушения

В ряде случаев на поверхности разрушения удается обнару­ жить ряды ямок травления, аналогичных вызываемым дислока­ циями. Эти ряды обычно отсутствуют на исходной поверхности кристалла и никогда не наблюдаются в области зародыша раз­ рушения. Имеется по меньшей мере качественная корреляция между приложенным напряжением в момент разрушения и плот­ ностью этих рядов. У шлифованных или притертых образцов чи­ сло рядов весьма незначительно, или они даже вообще отсутст­ вуют, но у более прочных протравленных образцов почти всегда наблюдается большое количество сильно развитых рядов. Мож­ но предположить, что эти ряды не играют роли в зарождении разрушения, но их распределение указывает на возможную их связь с распространением трещины. Отсутствие рядов вблизи области зарождения разрушения указывает, что для их образо­ вания необходима либо высокая концентрация напряжений, ли­ бо большая скорость распространения трещины. Типичные при­ меры таких рядов приведены на рис. 10 и 11. На рис. 10 приведе­ на микроструктура области вблизи края такого ряда на слегка протравленной поверхности скола (травитель DE-1, глубина травления 0,4 мкм). Ямки травления с плоским дном соответст­ вуют несовершенствам, глубина проникновения которых меньше

типичного образца, разрушившегося при относительно высоком напряжении. Этот кристалл был слегка протравлен (снят сл0й 0,1—0,2 мкм травителем DE-2). Распределение этих рядов несо­ вершенств часто зависит от конфигурации ступеней скола. По­ ложение и протяженность рядов на парных поверхностях разру­