Переход от пластичности к хрупкости в микромеханике ударного повреждения керамик ZnS и ZnSe

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Временные серии импульсов акустической эмиссии (АЭ) возбуждались падением груза на образцы пластично-хрупких керамик ZnS и ZnSe. Активность АЭ регистрировали в двух частотных “окнах” 100–200 кГц и 400–800 кГц. В обеих керамиках эмиссия в низкочастотном диапазоне возникала с момента действия нагрузки; высокочастотный сигнал появлялся с временной задержкой 100–150 мкс. Статистический анализ серий импульсов обнаружил качественное различие эмиссий в указанных частотных зонах. Распределение энергий эмитированных импульсов в области 100–200 кГц следовало случайной зависимости пуассоновского типа, тогда как серии АЭ в диапазоне 400–800 кГц показали коррелированное накопление микроповреждений. Активность в низкочастотной области появлялась на начальной стадии разрушения (пластическом течении) и отнесена скольжению дислокаций. При достижении предельной деформации возникало хрупкое накопление взаимодействующих микротрещин. Описанная процедура анализа процесса развития повреждения при ударной нагрузке позволяет определить точку перехода от беспорядочной деградации структуры пластично-хрупких материалов к кооперативному, хрупкому разрушению.

Об авторах

И. П. Щербаков

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Email: chmel@mail.ioffe.ru
194021, Россия, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26

А. А. Дунаев

Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова

Email: chmel@mail.ioffe.ru
172171, Россия, Санкт-Петербург, ул. Бабушкина, 36

А. Е. Чмель

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: chmel@mail.ioffe.ru
194021, Россия, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26

Список литературы

  1. Johnson R., Biswas P., Ramavath P., Mahajan Y.R. Zinc Sulfide Ceramics for Infrared Optics. In: Mahajan Y., Roy J. (eds). Handbook of Advanced Ceramics and Composites. Springer. 2019. P. 533–567.
  2. Гаврищук Е.М., Яшина Э.В. Оптические элементы из сульфида цинка и селенида цинка для инфракрасной техники // Оптический журнал. 2004. Т. 71. С. 24–26. [Gavrishchuk E.M. Yashina É.V. Zinc sulfide and zinc selenide optical elements for IR engineering // J. Opt. Technol. 2004. V. 71. № 12. P. 822–825.]
  3. Leem J.W., Jun D.-H., Heo J., Park W.-K., Park J.-H., Cho W.J., Kim D.E., Yu J.S. Single-material zinc sulfide bi-layer antireflection coatings for GaAs solar cells // Opt. Express. 2013. V. 21, P. A821–A828.
  4. Khurram A.A., Imran M., Khan N.A., Mehmood M.N. ZnSe/ITO thin films: candidate for CdTe solar cell window layer // J. Semicond. 2017. V. 38. P. 093001.
  5. Ortega-Cardenas J.A., Albor-Aguilera M.L., Hernandez-Vasquez C., Flores-Marquez J.M., Rueda-Morales G., Rangel-Kuoppa V.-T., González-Trujillo M.Á, Yee-Madeira H. Impact of different thermal treatments on ZnS physical properties and their performance in CdTe solar cells // Mater. Res. Express. 2019. V. 6, P. 086461.
  6. Ummartyotin S., Infahsaeng Y.A. Comprehensive review on ZnS: From synthesis to an approach on solar cell, Renew. Sustain. Energy Rev. 2016. V. 55. P. 17–24.
  7. Jilbert G.H., Field J.E. Synergistic effects of rain and sand erosion // Wear. 2000. V. 243. P. 6–17.
  8. Townsend D., Field J.E. Fracture toughness and hardness of zinc sulphide as a function of grain size // J. Mater. Sci. 1990. V. 25. P. 1347–1352.
  9. Harris D.C. Materials for Infrared Windows and Domes: Properties and Performance SPIE UK V.PT-70 1999. P. 415.
  10. Chang C.S., He J.L., Lin Z.P. The grain size effect on the empirically determined erosion resistance of CVD-ZnS // Wear. 2003. V. 255. P. 115–120.
  11. McCloy J.S., Tustison R.W. Chemical vapor deposited zinc sulfide // Proc. of SPIE. 2013. V. 8708, P. 87080N.
  12. Li X., Chen F.-R., Lu Y. Ductile inorganic semiconductors for deformable electronics // Interd. Mater. 2024. V. 3. P. 835–884.
  13. Islam A.S.M.J., Hasan M.S., Islam M.S., Bhuiyan A.G., Stampf C.l, Park J. Crystal orientation-dependent tensile mechanical behavior and deformation mechanisms of ZnSe nanowires // Sci Rep. 2023. V. 13, Article number 3532.
  14. Бредихин С.И., Шмурак С.З. Взаимодействие заряженных дислокаций с центрами люминесценции в кристаллах // Журнал экспериментальной и технической физики. 1979, Т. 76. С. 1028–1037. [Bredikhin S.I., Shmurak S.Z. Interaction of charge dislocations with luminescence centers in ZnS crystals // Sov. Phys. JETP 1979. V. 49. P. 520–527.]
  15. Chmel A., Dunaev A., Shcherbakov I. Electromagnetic emission from impact-loaded polycrystalline materials // Cryst. Res. Technol. 2018. V. 53. P. 1800112.
  16. Zang A., Wagner F.C., Stanchits S., Dresen G., Andresen R., Haidekker M.A. Source analysis of acoustic emission in Aue granite cores under symmetric and asymmetric compressive loads // Geo. J. Intern. 1998. V. 135. P. 1113–1130.
  17. Yao T., Yang X., Kang J., Guo Y., Cheng B., Qin Y., Wang Y., Xie Q., Du G. Ductile–brittle transition and ductile-regime removal mechanisms in micro- and nanoscale machining of ZnS crystals // Infrared Phys. Technol. 2024. V. 138. P. 105096.
  18. Liu C., Xu C., Liu H. Plastic deformation mechanisms of ZnS and ZnTe under nanoindentation: molecular dynamics simulations // J. Mol. Model. 2025. V. 21. P. 1–13
  19. Aggelis D.G. Classification of cracking mode in concrete by acoustic emission parameters // Mech. Res. Commun. 2013. V. 38, № 3. P. 153–157.
  20. Colombo I.S., Main I.G., Forde M.C. Assessing damage of reinforced concrete beam using b-value analysis of acoustic emission signals // J. Mater. Civil Eng. 2003. V. 15. P. 7.
  21. Antonaci P., Bocca P., Masera D. Fatigue crack propagation monitoring by acoustic emission signal analysis // Eng. Fract. Mech. 2012. V. 81. P. 26–32.
  22. Aue J., Hosson J.T.M.D. A study of the mechanical properties of highly porous ceramics using acoustic emission // J. Mat. Sci. 1998. V. 33. P. 5455–5462.
  23. Ojard G., Mordasky M., Kumar R. Acoustic emission monitoring of damage in ceramic matrix composites: Effects of weaves and feature // AIP Conf. 2018 Proc. 1949. P. 230028.
  24. Polyzos B., Trochidis A. Dislocation dynamics and acoustic emission during plastic deformation of crystals // Wave Motion 1995. V. 21. P. 343–355.
  25. Rozanov A., Petrov D., Gladyr A., Korchak P. Acoustic Emission Analysis of Brittle and Ductile Behavior of Rocks at Critical Stresses // 82nd Eage Conference and Exhibition, Amsterdam. 2021. V. 4. P. 2497.
  26. Девятых Г.Г., Гаврищук Е.М., Мазавин С.М. Способ получения поликристаллического селенида цинка // Патент № 2253705 С1 от 10.06.2005.
  27. Девятых Г.Г., Гаврищук Е.М., Иконников В.Б., Яшина Э.В., Дианов Е.М. Способ получения поликристаллического сульфида цинка // Патент № 2221906 С1 от 20.01.2004.
  28. Bowman D.D., Ouillon G., Sammis C.G., Sornette A., Sornette D. An observational test of the critical earthquake concept // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 24359–24372.
  29. Spasova L.M., Ojovan M.I. Acoustic emission detection of microcrack formation and development in cementitious waste forms with immobilized Al // J. Hazard. Mater. 2006. V. 138. P. 423–432.
  30. Xu J., Fu Zh., Han Q., Lacidogna G., Carpinteri A. Micro-cracking monitoring and fracture evaluation for crumb rubber concrete based on acoustic emission techniques // Struct. Health Monit. 2017. V. 17. № 7. P. 946–958.
  31. Boyarskaya Y.S., Zhitaru R.P., Linte M.A. Correlation between different parameters of plastic deformation in doped NaCl crystals // Cryst. Sci. Technol. 1984. V. 19. P. 101.
  32. Малыгин Г.А. Процессы самоорганизации дислокаций и пластичность кристаллов // УФН 1999. Т. 169. С. 979–1010. [Malygin GA. Dislocation self-organization processes and crystal plasticity // Phys-Uspekhi. 1999: V. 42. P. 887–916].
  33. Chmel A., Dunaev A., Sinani A., Shcherbakov I. Impact and indenting damage of CVD-produced ZnS and ZnSe ceramics // Mater. Res. Express. 2020. V. 7. P. 015922.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».