vật lí chất rắn đại cương chương 2 - tính chất cơ học của vật rắn tinh thể

9 613 1
vật lí chất rắn đại cương chương 2 - tính chất cơ học của vật rắn tinh thể

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

vật lí chất rắn đại cương chương 2 - tính chất cơ học của vật rắn tinh thể tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận...

Slide 1 Tính chất cơ học của vật rắn tinh Tính chất cơ học của vật rắn tinh thể thể Chơng II Chơng II Slide 2 I. Đờng cong biến dạng của tinh thể: ứng suất, biến dạng Trong môi trờng liên tục, đn hồi ứng suất quy ớc =F/S . F- lực tác dụng v S l diện tích thiết diện vuông góc với lực. Biến dạng tơng đối đợc tính theo công thức: 0 0 0 l ll l l = = Giai đoạn I (OA): Đây l biến dạng đn hồi; Khi bỏ ứng suất, mẫu trở lại trạng thái ban đầu. O B A C l ĐL Hooke: =E. Slide 3 ik Texơ ứng suất i - Song song với trục i k - Tác dụng lên mặt vuông góc với trục k ik lmiklm = ) x u x u ( 2 1 l m m l lm + = u l , u m l dịch chuyển dọc theo trục x l v x m . Ten xơ ik , lm l các ten xơ hạng 2 có chín thnh phần. iklm l ten xơ hạng 4; i,k,l,m biến đổi từ 1 đến 3 y(x 2 ) 11 13 31 ik = 11 12 13 21 22 23 31 32 33 z(x 3 ) x(x 1 ) lm = 11 12 13 21 22 23 31 32 33 Texơ biến dạng: Slide 4 33333312331211331133 33123312121211 33113312111211111111 +++= +++ +++= L L L L 121112 = Giai đoạn II (AB) l giai đoạn trợt nhẹ, độ dốc của đờng cong giảm đi đáng kể. Đây l quá trình biến dạng dẻo. Khi bỏ ứng suất bên ngoi tinh thể không trở về trạng thái ban đầu nữa. Ta nói trong tinh thể còn biến dạng d. Slide 5 Giai đoạn III (BC): Độ dốc đờng cong lớn hơn, đợc gọi l giai đoạn hoá bền mạnh; Muốn biến dạng tiếp tục thì phải tăng ứng suất. Sau điểm C l giai đoạn nghỉ động lực IV thờng kèm theo việc hình thnh các khe nứt, biến dạng tăng, nhng ứng suất lại giảm. Cuối cùng mẫu bị phá huỷ, tức bị chia thnh các phần riêng biệt. Giá trị ứng suất tại C đợc gọi l độ bền của mẫu. Slide 6 II. Phơng trình truyền sóng đn hồi trong tinh thể / Biến dạng đn hồi Khi có lực bên ngoi tác dụng, phần thể tích nhỏ dv chịu 1 lực tác dụng: dv i u && u i sự dịch chuyển của vật chất trong mẫu. Lực tác dụng lên vật có thể tích v l: = v i i dvu && P == s k ik s ii f ddPP kiki dfdP = Lực tác dụng thông qua bề mặt: Slide 7 = v k ik s kik dv x df dv x dv v k ik = v i u && k ik i x u:hay = && = lmiklmik thay v + = l m lm x u m l x u 2 1 ta có: + = l m m l k iklmi x u x u x2 1 u && iklm 2 1 = + lk m 2 mk l 2 xx u xx u lk m 2 iklmi xx u u = && )trk(i i0i euu = r r ) ( 0ukk mlkiklmim 2 = mim u= i u Cân bằng hai biểu thức lực: Slide 8 0kk im 2 lkiklm = )21)(1( c l + = )-E(1 )+(12 E = c t Vận tốc sóng dọc l phơng trình bậc 3 của 2 gọi l phơng trình tán sắc, các . Phơng trình có 3 nghiệm khác nhau của véctơ sóng . Thay từng nghiệm vo phơng trình ta sẽ thu đợc các thnh phần của hm số biến dạng u i Đây l phơng trình đồng nhất nên chỉ Vận tốc sóng ngang chỉ số thay đổi từ 1 đến 3 xác định đợc tỉ số giữa 3 thnh phần. Slide 9 =E = 12 = Môdun trợt : =E/2(1+). Môđun đn hồi E Hệ số Poisson (Poát xông):Tỷ số giữa co ngang v giãn dọc Slide 10 III. Biến dạng dẻo: Các lớp tinh thể trợt đi so với nhau == coscos So F 12 Xem xét các lớp trợt đó ta thấy các hệ trợt: Sự trợt xảy ra trên mặt xếp khít nhất. Phơng trợt l phơng xếp khít nhất . Ví dụ về hệ trợt: Trong mạng LPTM Cu, Ag, Au Hệ trợt l (111)[110] F Trong mạng LPTK Fe, Mo Hệ trợt l (110)[111] Trong thực tế tơng tác giữa các mặt ny yếu nhất . 2 Trong mạng SPXK Mg, Zn Hệ trợt l (0001)[11 0] Slide 11 IV. ứng suất trợt tới hạn theo Frenkell b a x Ob/4b/2 f(x) x 12max 10 -1 . . theo Frenkell khi 12 = 0 10 -1 lớn hơn kết quả thực nghiệm b nhỏ, a lớn ., bắt đầu có trợt dẻo. tới trăm lần. Giả thích các hệ trợt: nh đã thấy. b ) b x 2sin(A 12 = Để tìm A ta coi biến dạng nhỏ v theo định luật Hooke: Thay =x/a, trong đó l môđun trợt , ta có Mặt khác, khi góc nhỏ có thể lm gần đúng: Ta có v Thay A có: v 12 = 12 =x/a 12 A.2x/b x/a = A.2x/b A = .b/ (2a) 12 =.b/(2a).sin(2x/b) 12max = .b/(2a). Slide 12 V. Tinh thể thực Có chứa các sai hỏng Sai hỏng vi mô đợc chia thnh các loại nh sau: [ 11 0] 0 , 8 4 % SH điểm: Nút khuyết, Nguyên tử xen kẽ, thay thế:Tạp có kích thớc khác với nguyên tử cơ sở [100] Cầu biến dạng 0,24% Slide 13  SH ®−êng: LÖch m¹ng MÆt d− MÆt tr−ît trôc LM AB C D 0DACDBCAB =+++ A’ B’ C’ D’ E 'EAE'D'D'C'C'B'B'A −=+++ ∑ ∫ = i i C IldH r r C VÐc t¬ Burgers n»m trªn mÆt tr−ît vμ vg víi trôc : LM biªn b'EA r = Slide 14 LÖch m¹ng xo¾n: D C B E A 0DECDBCABEA ≠−=+++ trôc LM LM hçn hîp b r VÐc t¬ Burgers song song víi trôc LMbDE r = Slide 15  Sai háng mÆt: • SH xÕp (111) LPTM A B C A B C A A C B C B SPXK A • Song tinh A B C A B C A A B C A B C A A C C A B A B A B C B Slide 16 I Mặt d 1 2 12 3 4 5 Mặt trợt 10 8 6 11 9 7 H.2.4. Chuyển động trợt của LM biên v biến dạng: Đờng liền trớc chuyển động, Đờng không liền l sau chuyển động. Mũi tên chỉ hớng chuyển động của các nguyên tử . II 3 yếu tố ny lm cho ứng suất trợt dẻo giảm đi đáng kể so với ứng suất Frenkell. VI. Chuyển động LM Các nguyên tử chỉ chuyển động đi 1 phần của chu kỳ mạng. Hớng chuyển động của các nguyên tử khác nhau. Chỉ có các nguyên tử ở vùng lệch chuyển động. . LM chuyển động đi 1 chu kỳ mạng b. Slide 17 LM chuyển động gây ra biến dạng dẻo: LM chuyển động qua tinh thể lm phần trên trợt đi so với phần dới một đoạn bằng b b b Slide 18 Bằng chứng về vết trợt của LM gây ra do chuyển động: Giai đoạn trợt nhẹ: Các hệ trợt song song hoạt động Giai đoạn hoá bền mạnh: Các hệ trợt khác nhau hoạt động Giai đoạn nghỉ động lc: Các hệ trợt nối với nhau Slide 19 VII. Các cơ chế hoá bền của tinh thể: Yếu tố ngăn cản chuyển động của lệch mạng Lực Peiers-Nabarro = b a 1 2 exp 1 2 p Tơng tác giữa các lệch mạng với nhau ảnh hởng nhiệt độ Slide 20 Tơng tác của lệch mạng với các sai hỏng khác () () () ; yx yx3y 12 b 2 22 22 11 + + = () () () () () () 21 2 22 22 12 2 22 22 22 yx yxx 12 b ; yx yxy 12 b + == + = x y Tơng tác với sai hỏng xếp v song tinh: SH xếp SH HH HH - Năng lợng bề mặt Slide 21 Các nguồn lệch mạng : mật độ lệch mạng tăng lên đáng kể từ . Nh vậy lệch mạng đã sinh ra trong quá trình biến dạng. Nguồn Frank-Read 10 4 cm -2 tăng đến 10 14 cm -2 Slide 22 Nguồn Frank-Read trong Si: Trang hong bằng Cu W.C. Dash Slide 23 à Biên giới hạt D 12 = LM vợt qua biên giới hạt: D kích thớc hạt Đa tinh thể Slide 24 VIII. Các quá trình phá huỷ Rão: Phá huỷ xảy ra dới tác động của ứng suất nhỏ hơn độ bền tĩnh sau một thời gian tác dụng. < ĐB sau thời gian bị phá hu ỷ Nhiệt độ tăng thời gian phá huỷ giảm Mặt d Mặt trợt trục LM LM bò Nút khuyết Slide 25 Mỏi: Khi tinh thể chịu tác động của ứng suất xoay chiều nó có thể bị phá huỷ do ứng suất có biên độ nhỏ hơn độ bền của tinh thể sau nhiều chu kì ứng suất. t Hình thnh các vết lồi lõm trên bề mặt tinh thể Gọt nhẵn bề mặt Slide 26 Các nguồn lệch mạng hoạt động v các lệch mạng sinh ra từ các nguồn khác nhau: s 1 ,s 2 đi ra bề mặt mẫu: s 1 s 2 s 1 s 2 s 2 s 1 s 2 s 1 Slide 27 Phá huỷ giòn: Phá huỷ giòn l phá huỷ xảy ra trong giới hạn đn hồi. Đây l phá huỷ rất nguy hiểm vì nó xảy ra rất nhanh R C 2 0C = 2C R . độ Slide 20 Tơng tác của lệch mạng với các sai hỏng khác () () () ; yx yx3y 12 b 2 22 22 11 + + = () () () () () () 21 2 22 22 12 2 22 22 22 yx yxx 12 b ; yx yxy 12 b + == + = . Slide 1 Tính chất cơ học của vật rắn tinh Tính chất cơ học của vật rắn tinh thể thể Chơng II Chơng II Slide 2 I. Đờng cong biến dạng của tinh thể: ứng suất, biến dạng Trong. lm = 11 12 13 21 22 23 31 32 33 Texơ biến dạng: Slide 4 333333 123 3 121 1331133 33 123 3 121 2 121 1 331133 121 1 121 1111111 +++= +++ +++= L L L L 121 1 12 = Giai đoạn II (AB)

Ngày đăng: 11/07/2014, 11:07

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan