Bài giảng Vật lý chất rắn đại cương – Chương 2: Tính chất cơ học của vật rắn tinh thể

Bài giảng Vật lý chất rắn đại cương – Chương 2: Tính chất cơ học của vật rắn tinh thể cung cấp đến các bạn kiến thức về đường cong biến dạng của tinh thể: ứng suất, biến dạng; phương trình truyền sóng đàn hồi trong tinh thể/biến dạng đàn hồi; biến dạng dẻo: các lớp tinh thể trượt đi so với nhau; ứng suất trượt tới hạn theo Frenkell; tinh thể thực; các quá trình phá huỷ...

I. Đường cong bi n d ng c a tinh th : ế ạ ủ ể

C l

ĐL Hooke:  =E. 

  Tex   ng su t  ơ ứ ấ ik  i ­ Song song v i tr c ik ­ Tác d ng lên m t vuôngụ ớ ụặ

   góc v i tr c k ớ ụ

) x

u x

u (

2

1

l

m m

l lm

ul, um là d ch chuy n d c theo  ị ể ọ

tr c x ụ l và xm. Ten x   ơ ik ,  lm là  các ten x  h ng 2 có chín  ơ ạ

thành ph n.  ầ iklm là ten x  h ng  ơ ạ 4; i,k,l,m bi n đ i t  1 đ n 3 ế ổ ừ ế

  x(x1)

22   23  32

33 3333 12

3312 11

3311 33

33 1233 12

1212 11

33 1133 12

1112 11

1111 11

 Giai đo n II (AB) ạ  là giai đo n tr ạ ượ t 

nh ,  đ   d c  c a  đ ẹ ộ ố ủ ườ ng  cong  gi m  đi  ả đáng  k   Đây  là  quá  trình  bi n  d ng  ể ế ạ

d o. Khi b   ng su t bên ngoài tinh th   ẻ ỏ ứ ấ ể không tr  v  tr ng thái ban đ u n a. Ta  ở ề ạ ầ ữ nói trong tinh th  còn bi n d ng d ể ế ạ ư

  Giai  đo n  III  (BC): ạ  Đ   d c  đ ộ ố ườ ng  cong l n h n, đ ớ ơ ượ c g i là giai đo n hoá  ọ ạ

b n  m nh;  Mu n  bi n  d ng  ti p  t c  ề ạ ố ế ạ ế ụ thì  ph i  tăng  ng  su t.  Sau  đi m  C  là  ả ứ ấ ể giai đo n ngh  đ ng l c IV th ạ ỉ ộ ự ườ ng kèm  theo  vi c  hình  thành  các  khe  n t,  bi n  ệ ứ ế

d ng tăng, nh ng  ng su t l i gi m ạ ư ứ ấ ạ ả

Cu i cùng m u b  phá hu , t c b  chia  ố ẫ ị ỷ ứ ị thành các ph n riêng bi t. Giá tr   ng  ầ ệ ị ứ

su t  t i  C  đ ấ ạ ượ c  g i  là  đ   b n  c a  ọ ộ ề ủ

m u ẫ

  II.  Ph ươ ng  trình  truy n  sóng  đàn  ề

h i  trong  tinh  th   /  Bi n  d ng  đàn  ồ ể ế ạ

i

P

k ik

dP

L c tác d ng ự ụthông qua b  ề

m t:ặ

v k

ik s

i

u 

k

ik

u :

l x

u 2

1 ta có: 

l

m m

l k

iklm i

x

u x

u x

2

1 u iklm

2

1

l k

m 2 m

k

l

2

x x

u x

x u

l k

m

2 iklm

i

x x

u

0 u

k

kk l m

iklm im

0 k

kk l 2 imiklm

) 2 1

)(

1 (

) + (1 2

s  thu đ ẽ ượ c các thành ph n c a hàm s  bi n  ầ ủ ố ế

d ng u ạ i Đây là ph ươ ng trình đ ng nh t nên ch   ồ ấ ỉ

xác đ nh đ ị ượ ỉ ố ữ c t  s  gi a 3 thành ph n ầ  

V n t c sóng ngangậ ố

2

IV.  NG SU T TRỨ Ấ ƯỢT T I H N THEO Ớ Ạ

FRENKELL

b a

x

O b/4 b/2

f(x)

x

12max 10 ­1  . theo Frenkell khi  12 =  0    10 ­1 , b t đ u có  ắ ầ

tr ượ ẻ t d o.  l n h n k t qu  th c nghi m ớ ơ ế ả ự ệ  t i trăm l n.  ớ ầ

Gi  thích các h  tr ả ệ ượ t:  b nh , a l n ỏ ớ  nh  đã th y ư ấ

b

) b

x 2

 M t khác, khi góc nh  có th  làm g n đúng:   ặ ỏ ể ầ 12  A.2 x/b            

 Ta có    x/a = A.2 x/b     và     A =  b/ (2 a)  

Thay A có:

  12= b/(2 a).sin(2 x/b)   và     12max=  b/(2 a)                

0 DA

CD BC

' D '

D ' C '

C ' B '

B

'

A

i iC

Il

b '

L ch m ng xo n: ệ ạ ắ

BE

A

0 DE

CD BC

AB EA

tr c LMụ LM h n h pỗ ợ

Véc t  Burgers song song v i tr c ơ ớ ụLM

b

DE 

B A B

C A

A B C B

 H ướ ng chuy n đ ng  ể ộ

c a các nguyên t   ủ ử khác nhau.

 Ch  có các nguyên t     ỉ ử ở vùng l ch chuy n đ ng ệ ể ộ

LM chuy n đ ng đi 1  ể ộ chu k  m ng b ỳ ạ

  LM chuy n đ ng gây ra bi n d ng d o: ể ộ ế ạ ẻ

LM chuy n đ ng qua tinh th  làm ph n trên  ể ộ ể ầ

tr ượ t đi so v i ph n d ớ ầ ướ i m t đo n b ng b ộ ạ ằ

b

b

VII. Các c  ch  hoá b n c a tinh th : ơ ế ề ủ ể

Y u t  ngăn c n chuy n đ ng c a l ch ế ố ả ể ộ ủ ệ

b

a 1

2 exp

 T ươ ng tác c a l ch m ng v i các sai h ng  ủ ệ ạ ớ ỏ

; y

x

y x

3

y 1

2

b

2 2 2

2 2

11

21 2

2 2

2 2

12 2

2 2

2 2

22

y x

y x

x 1

2

b

; y

x

y x

y 1

2

b

 x   y

 Các ngu n l ch m ng ồ ệ ạ  : m t đ  l ch m ng ậ ộ ệ ạtăng lên đáng k  t  ể ừ 104 cm­2 tăng đ n 10ế 14cm­2. 

Nh  v y l ch m ng đã sinh ra trong quá trình ư ậ ệ ạ

bi n d ng. ế ạ

Ngu n Frank­Read trong Si: Trang hoàng b ng Cu ồ ằ

W.C. Dash

su t nh  h n đ  b n tĩnh sau m t th i gian tác ấ ỏ ơ ộ ề ộ ờ

d ng.ụ  

M t tr ặ ượ t 

tr c LM ụ

LM bòNút khuy tế

 M i ỏ : Khi tinh th  ch u tác đ ng c a  ng su t ể ị ộ ủ ứ ấxoay chi u nó có th  b  phá hu  do  ng su t ề ể ị ỷ ứ ấ

có biên đ  nh  h n đ  b n c a tinh th  sau ộ ỏ ơ ộ ề ủ ể

nhi u chu kì  ng su t.ề ứ ấ

t

Hình thành các v t l i ế ồ

lõm trên b  m t tinh th  ề ặ ể

G t nh n b  m tọ ẵ ề ặ

 Phá hu  giòn ỷ : Phá hu  giòn là phá hu   ỷ ỷ

x y ra trong gi i h n đàn h i. Đây là phá  ả ớ ạ ồ

hu  r t nguy hi m vì nó x y ra r t nhanh ỷ ấ ể ả ấ