Низкотемпературные акустические свойства наноструктурного циркония, полученного методом интенсивной пластической деформации

Abstract

В области температур 2,5–340 К изучены температурные зависимости логарифмического декремента колебаний и динамического модуля Юнга в поликристаллическом крупнозернистом и наноструктурном Zr. Наноструктурное состояние образцов с размером зерна порядка 100 нм достигалось путем интенсив ной пластической деформации (ИПД). Измерения проводились методом двойного составного вибратора на частотах 73–350 кГц. В крупнозернистом отожженном Zr выявлен релаксационный пик внутреннего трения вблизи 250 К, который сохраняется и после ИПД, но его высота увеличивается примерно в 10 раз, а температура локализации сдвигается в область низких температур. Кроме того, после ИПД зарегистрирован новый пик внутреннего трения в области умеренно низких температур вблизи 80 К. Получены оценки активационных параметров наблюдаемых пиков и показано, что они обусловлены различными термоактивированными дислокационными процессами: взаимодействием дислокаций с примесями и образованием пар кинков на дислокациях. Установлено, что интенсивная пластическая деформация сопровождается значительным (на 7–8 %) уменьшением модуля Юнга, обусловленным квазистатическими и динамическими дислокационными эффектами. При Т < 20 К на температурной зависимости модуля Юнга наноструктурного циркония зарегистрирована аномалия стекольного типа, которая может определяться туннельной и термоактивированной релаксацией квазилокальных возбуждений.

В області температур 2,5–340 К вивчено температурні залежності логарифмічного декременту коливань і динамічного модуля Юнга в полікристалічному крупнозернистому та наноструктурному Zr. Наноструктурний стан зразків з розміром зерна порядку 100 нм досягався шляхом інтенсивної пластичної деформації (ІПД). Вимірювання здійснювались методом подвійного складеного вібратора на частотах 73–350 кГц. В крупнозернистому відпаленому Zr виявлено релаксаційний пік внутрішнього тертя поблизу 250 К, який зберігається і після ІПД, але його висота збільшується приблизно в 10 разів, а температура локалізації зміщується в бік низьких температур. Крім того, після ІПД був зареєстрований новий пік внутрішньго тертя в зоні помірно низьких температур поблизу 80 К. Отримано оцінки активаційних параметрів спостережуваних піків і показано, що вони обумовлені різними термоактивованими дислокаційними процесами: взаємодією дислокацій з домішками та утворенням пар кинків на дислокаціях. Встановлено, що інтенсивна пластична деформація супроводжується значним (на 7–8 %) зменшенням модуля Юнга, що обумовлено квазістатичними та динамічними дислокаційними ефектами. При Т < 20 К на температурній залежності модуля Юнга наноструктурного цирконію зареєстровано аномалію стекольного типу, котра може визначатися тунельною та термоактивованою релаксацією квазілокальних збуджень.

The temperature dependences of the logarithmic decrement and dynamic Young's modulus in polycrystalline coarse-grained and nanostructured Zr have been studied in the temperature range of 2.5 to 340 K. The nanostructured state of the samples with a grain size of the order of 100 nm was attained during intensive plastic deformation (IPD). The measurements were carried out by the two-component vibrator technique at frequencies of 73–350 kHz. In the annealed coarseЕ. grained Zr, an internal friction relaxation peak was observed close to 250 K which persisted even after IPD but its height increased by a factor of ten and the localization temperature shifted towards low temperatures. Moreover, after IPD a new internal friction peak was registered at moderately low temperatures near 80 K. Estimations of the activation parameters of the observed peaks are made. It is shown, that the peaks are caused by different thermoactivated dislocation processes, namely, by interaction of dislocations with impurities and by formation of kink pairs in dislocations. It is established, that the intensive plastic deformation is accompanied by a considerable decrease (by 7–8%) in the Young's modulus caused by the quasistatic and dynamic dislocation effects. At Т < 20 K, the nanostructured zirconium exhibited a glass-like anomaly in the temperature dependences of the Young's modulus of that may be responsible for by the tunneling and thermoactivated relaxation of quasi-local exitations in disordered solids.