Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди

Проведены экспериментальные исследования зависимостей температуры и абсолютной величины минимума дифференциальной разностной термоэдс (ТЭДС) от величины пластической деформации в поликристаллических образцах меди с различным содержанием примесей: условно чистых (99,99% Cu) и условно грязных (99,9% C...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Светлов, В.Н., Соловьев, А.Л., Степанов, В.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2012
Schriftenreihe:	Физика низких температур
Schlagworte:	Электронные свойства проводящих систем
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116827
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди / В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 83-86. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116827
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1168272025-02-23T20:23:27Z Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди The influence of intensive plastic deformation on thermopower low-temperature peak and resistivity of polycrystalline copper Светлов, В.Н. Соловьев, А.Л. Степанов, В.Б. Электронные свойства проводящих систем Проведены экспериментальные исследования зависимостей температуры и абсолютной величины минимума дифференциальной разностной термоэдс (ТЭДС) от величины пластической деформации в поликристаллических образцах меди с различным содержанием примесей: условно чистых (99,99% Cu) и условно грязных (99,9% Cu). Параллельно с ТЭДС измерено относительное удельное электросопротивление, нормированное на величину остаточного сопротивления при 4,2 К. Немонотонный характер деформационных зависимостей минимума ТЭДС и электросопротивления непосредственно отражает эволюцию дефектной структуры образцов по мере увеличения деформации. Проведено експериментальні дослідження залежностей температури та абсолютної величини мінімуму диференціальної різницевої термоерс (ТЕРС) від величини пластичної деформації в полікристалічних зраз- ках міді з різним вмістом домішок: умовно чистих (99,99% Cu) та умовно брудних (99,9% Cu). Паралельно з ТЕРС виміряно відносний питомий електроопір, нормований на величину залишкового опору при 4,2 К. Немонотонний характер деформаційних залежностей мінімуму ТЕРС і електроопору безпосередньо відображає еволюцію дефектної структури зразків по мірі збільшення деформації. The temperature dependence and the absolute value of the minimum of differential difference thermoelectric power (TEP) were investigated experimentally as a function of plastic deformation in polycrystalline copper samples with different contents of impurities: conditionally pure (99.99% Cu) and conditionally dirty (99.9% Cu). Simultaneously the relative electrical resistivity normalized to the value of residual resistance at 4.2 K was measured. The nonmonotonic character of the deformation dependences of the resistivity and TEP minimum account for the evolution of the defect structure in specimens with increasing strain. Авторы выражают благодарность К.А. Чишко за полезные обсуждения. 2012 Article Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди / В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 83-86. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 72.15.–v, 72.15.Eb, 62.20.F– https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116827 ru Физика низких температур application/pdf Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Электронные свойства проводящих систем Электронные свойства проводящих систем
spellingShingle	Электронные свойства проводящих систем Электронные свойства проводящих систем Светлов, В.Н. Соловьев, А.Л. Степанов, В.Б. Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди Физика низких температур
description	Проведены экспериментальные исследования зависимостей температуры и абсолютной величины минимума дифференциальной разностной термоэдс (ТЭДС) от величины пластической деформации в поликристаллических образцах меди с различным содержанием примесей: условно чистых (99,99% Cu) и условно грязных (99,9% Cu). Параллельно с ТЭДС измерено относительное удельное электросопротивление, нормированное на величину остаточного сопротивления при 4,2 К. Немонотонный характер деформационных зависимостей минимума ТЭДС и электросопротивления непосредственно отражает эволюцию дефектной структуры образцов по мере увеличения деформации.
format	Article
author	Светлов, В.Н. Соловьев, А.Л. Степанов, В.Б.
author_facet	Светлов, В.Н. Соловьев, А.Л. Степанов, В.Б.
author_sort	Светлов, В.Н.
title	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди
title_short	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди
title_full	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди
title_fullStr	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди
title_full_unstemmed	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди
title_sort	влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Электронные свойства проводящих систем
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116827
citation_txt	Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди / В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 83-86. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT svetlovvn vliâniebolʹšihplastičeskihdeformacijnanizkotemperaturnyjpiktermoédsiélektrosoprotivleniepolikristalličeskojmedi AT solovʹeval vliâniebolʹšihplastičeskihdeformacijnanizkotemperaturnyjpiktermoédsiélektrosoprotivleniepolikristalličeskojmedi AT stepanovvb vliâniebolʹšihplastičeskihdeformacijnanizkotemperaturnyjpiktermoédsiélektrosoprotivleniepolikristalličeskojmedi AT svetlovvn theinfluenceofintensiveplasticdeformationonthermopowerlowtemperaturepeakandresistivityofpolycrystallinecopper AT solovʹeval theinfluenceofintensiveplasticdeformationonthermopowerlowtemperaturepeakandresistivityofpolycrystallinecopper AT stepanovvb theinfluenceofintensiveplasticdeformationonthermopowerlowtemperaturepeakandresistivityofpolycrystallinecopper
first_indexed	2025-11-25T04:23:31Z
last_indexed	2025-11-25T04:23:31Z
_version_	1849734859792056320
fulltext	© В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов, 2012 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1, c. 83–86 Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина E-mail: svetlov@ilt.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 24 мая 2011 г. Проведены экспериментальные исследования зависимостей температуры и абсолютной величины ми- нимума дифференциальной разностной термоэдс (ТЭДС) от величины пластической деформации в поли- кристаллических образцах меди с различным содержанием примесей: условно чистых (99,99% Cu) и услов- но грязных (99,9% Cu). Параллельно с ТЭДС измерено относительное удельное электросопротивление, нормированное на величину остаточного сопротивления при 4,2 К. Немонотонный характер деформацион- ных зависимостей минимума ТЭДС и электросопротивления непосредственно отражает эволюцию дефект- ной структуры образцов по мере увеличения деформации. Проведено експериментальні дослідження залежностей температури та абсолютної величини мінімуму диференціальної різницевої термоерс (ТЕРС) від величини пластичної деформації в полікристалічних зраз- ках міді з різним вмістом домішок: умовно чистих (99,99% Cu) та умовно брудних (99,9% Cu). Паралельно з ТЕРС виміряно відносний питомий електроопір, нормований на величину залишкового опору при 4,2 К. Немонотонний характер деформаційних залежностей мінімуму ТЕРС і електроопору безпосередньо відображає еволюцію дефектної структури зразків по мірі збільшення деформації. PACS: 72.15.–v Электронная проводимость в металлах и сплавах; 72.15.Eb Электро- и теплопроводность в кристаллических металлах и сплавах; 62.20.F– Деформация и пластичность. Ключевые слова: термоэлектродвижущая сила, дислокации, пластическая деформация, электросопро- тивление. В различных областях науки и техники широко применяются микро- и наноструктурированные мате- риалы с высокими конструкционными, функциональ- ными и технологическими свойствами. К настоящему времени разработано несколько методов получения таких материалов. Наиболее перспективным является метод интенсивной пластической деформации в раз- личных вариациях [1]. Исследование механизмов де- формационного зарождения и развития наноструктур особенно актуально в связи с тем, что не существует общепринятой точки зрения на эту проблему [2], кото- рая имеет фундаментальный характер и касается мало- изученных механизмов пластического деформирования. Хорошо известно, что путем значительных дефор- маций при низкой температуре, например, в результате холодной прокатки [3], можно сильно измельчить структуру металлов. Поскольку элементарными носи- телями пластической деформации являются дислока- ции, их поведение и взаимодействие с другими дефек- тами кристаллической решетки и определяет электри- ческие и механические свойства металлов. Одним из перспективных, но малоизученных явля- ется метод исследования пластических деформаций с помощью термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) [4]. В отличие от электропроводности ТЭДС реагирует на возмущения решетки не только величиной, но и зна- ком эффекта и несет при этом информацию не только о рассеивающей способности дефекта, но и о характере рассеивания, а также об изменениях электронного энергетического спектра вблизи поверхности Ферми. Поскольку медь является идеальным модельным мате- риалом для изучения особенностей холодной дефор- мации, в настоящей работе исследовано поведение ТЭДС в холоднокатанной меди различной чистоты при различных степенях деформации в широком темпера- турном интервале. В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов 84 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1 Как отмечалось в работе [5], при температуре ~ 40 К наблюдается смена знака абсолютной ТЭДС меди, а затем резко выраженный минимум при ~ 10 К. Приро- да этого минимума до конца не выяснена, хотя извест- но [5], что его величина очень чуствительна к малей- шим примесям и деформациям. Как показано нами [6,7], внешние воздействия также влияют и на положе- ние минимума разностной дифференциальной ТЭДС на температурной шкале от деформации. В экспериментах по измерению ТЭДС использована методика, развитая нами в работах [6,7]. Измеряемые образцы представляли собой поликристаллическую проволоку диаметром ~1,5 мм. В одних случаях из чистой меди (99,99%) — в дальнейшем «чистые» об- разцы, а в других из обычной электротехнической ме- ди М1 — в дальнейшем «грязные», следующего хими- ческого состава, %: Cu — 99,9; Bi — 0,001; Sb — 0,002; As — 0,002; Fe — 0,005; Ni — 0,002; Pb — 0,005; Sn — 0,002; S — 0,004; O — 0,055; Zn — 0,004. Для устранения дефектов и напряжений исходные образцы отжигались в течение 1 ч в атмосфере аргона при тем- пературе ~0,5Tm, где Tm — температура плавления. Затем образцы прокатывались при комнатной темпера- туре со все увеличивающейся степенью деформации. После каждой прокатки они отжигались при темпера- туре ~0,1Tm в течение 1 ч для удаления точечных де- фектов, в них измеряли ТЭДС и электросопротивление в интервале температур 4,2–300 К. Следует заметить, что, как отмечалось в работах [6,7], величина минимума разностной дифференциаль- ной ТЭДС и его положение на температурной шкале в районе 20 К зависят и от величины деформации, и от чистоты образца и характерны как для «чистых», так и для «грязных» образцов. Таким образом, этот минимум служит чувствительным индикатором процессов, про- текающих в образце при различных степенях пласти- ческой деформации. На вставке рис. 1 показана схема измерения образ- ца, который представляет собой дифференциальную термопару. Методика вычисления SAB описана в рабо- тах [6,7]. На рис. 1 приведена зависимость модуля ве- личины минимума min ABS разностной дифференциаль- ной ТЭДС от степени деформации (ε) в «чистом» и «грязном» образцах (темные треугольники и квадра- ты), а на рис. 2 показана зависимость положения этого минимума на температурной шкале в этих же образцах при тех же степенях деформации. Обращает на себя внимание то, что минимумы SAB на рис. 1 в «чистых» и «грязных» образцах появляются при различной степени деформации. Так, в «чистых» образцах минимум появляется уже после ε ~ 10%, а в «грязных» — в районе ~ 40% деформации. Примерно после 60% деформации поведение «чистых» и «гряз- ных» образцов практически одинаково. Отличие на начальном этапе деформации проявляется и на зависи- мости температурного положения минимума от де- формации (рис. 2). На рис. 2 видно, что при увеличе- нии деформации от 0 до ~ 40% температура, при кото- рой наблюдается минимум ТЭДС в «чистых» образцах, заметно убывает. Подчеркнем еще раз, что при таких значениях ε в «грязных» образцах минимум на разно- стной дифференциальной ТЭДС не наблюдается, а по- является после ε > 40%. После ~ 40% деформации «чистые» и «грязные» образцы ведут себя практически одинаково. Возникает вопрос, какие процессы в де- формируемом материале описывает изменение вели- чины минимума от деформации и почему в «грязных» образцах начальный минимум появляется при больших степенях деформации, чем в «чистых». Как мы полага- ем, это, во-первых, может быть связано с так называе- Рис. 1. Зависимости модуля величины отрицательной разно- стной дифференциальной ТЭДС (▲,■) и относительного удельного электросопротивления (△, ) от степени деформа- ции. Квадраты (темные и светлые) относятся к условно гряз- ным образцам, треугольники — к условно чистым. 0 20 40 60 80 100 0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 �, % 0 2 4 6 8 10 �U T( ) A A T1 T2 B \| \|, м к В /К S A Bm in � �� d К Рис. 2. Зависимость температурного положения минимума разностной дифференциальной ТЭДС от степени деформации ε. Квадраты — «грязная» медь, треугольники — «чистая». 0 20 40 60 80 100 12 14 16 18 20 22 24 26 �, % T , К Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1 85 мым твердорастворным упрочнением [8] в «грязных» образцах. Как известно, при взаимодействии атомов замещения и внедрения с атомами основного металла может образоваться определенный порядок в располо- жении атомов (ближний или дальний) и возникнуть искажения кристаллической решетки вследствие раз- личного размера атомов, образующих твердый рас- твор. В процессе пластической деформации дислока- ции при своем движении разрушают ближний порядок в сплаве и преодолевают искажение кристаллической решетки. Это, естественно, повышает работу сопро- тивления деформированию и приводит к упрочнению. Таким образом, при одних и тех же степенях деформа- ции в «чистых» и «грязных» образцах образуются раз- личные дислокационные субструктуры, поскольку твердорастворное упрочнение задерживает перестрой- ку дислокаций и, соответственно, субструктурные пре- вращения. Дальнейшие изменения в структуре твердо- го раствора влекут за собой изменение величины твердорастворного упрочнения в ходе деформации вплоть до его полного исчезновения [8]. В рассмотрен- ном случае, как мы полагаем, этот процесс наблюдает- ся при степенях деформации порядка 40–50%. При этом следует заметить, что природа взаимосвязи пре- вращений дислокационной субструктуры с другими процессами, происходящими в слаболегированных сплавах, изучена недостаточно. Во-вторых, это может быть связано с взаимным по- ложением и величиной минимума на абсолютной ТЭДС в измеряемом образце и подводящих проводах, которые также медные. Ответ, вероятно, может быть получен при измерениях абсолютной ТЭДС образцов. Интересно сравнить зависимости от деформации величины минимума ТЭДС и удельного электросопро- тивления на одних и тех же образцах. Зависимости удельного электросопротивления пос- ле деформации ρd, нормированного на удельное сопро- тивление недеформированного образца ρ, измеренные при Т = 4,2 К, также приведены на рис. 1. Светлые тре- угольники и квадраты — данные для условно «чис- тых» и «грязных» образцов соответственно. Видно, что при деформации ~ 95% удельное сопротивление ρd превышает сопротивление недефомированной меди более чем в 7 раз. При этом зависимость ρd/ρ от ε не- монотонная и качественно совпадает с зависимостью min\| \|ABS от ε. Особенно хорошее согласие наблюдается для «чистых» образцов (рис. 1, треугольники). Для «грязных» образцов при ε > 40% согласие кривых так- же вполне удовлетворительное (рис. 1, квадраты). При ε < 40% трудно говорить о каком-то согласии, по- скольку при этих значениях ε минимум в «грязных» образцах не наблюдается, что обсуждалось выше. Та- ким образом, поведение двух независимых величин — минимума на ТЭДС и электросопротивления — в де- формированных образцах качественно совпадает. Похожее поведение относительного удельного со- противления чистой меди наблюдалось в работе [9], где показано, что в зависимости от среднего размера зерен, уменьшающихся в результате деформации, со- противление нелинейно возрастает. На графике рис. 1 это область более 40% деформации, где зависимость также носит нелинейный характер и электросопротив- ление изменяется незначительно до тех пор, пока, как следует из работы [9], размер зерен уменьшается до 10 мкм и резко увеличивается в субмикронной области. С чем связана ярко выраженная периодическая зависи- мость положения минимума разностной дифференци- альной ТЭДС на температурной шкале от деформации (рис. 2), требует дальнейшего исследования. Однако можно предположить, что она связана со стадийностью [8] пластического течения и причиной такого поведения являются изменения в дислокационных субструктурах. Известно, что переход от одной дислокационной суб- структуры к другой приводит к значительному, иногда весьма резкому, изменению механических и электриче- ских свойств металлов и сплавов. Таким образом, можно сказать, что нами впервые обнаружено, что величина минимума на разностной дифференциальной ТЭДС довольно хорошо коррели- рует с зависимостью электросопротивления от дефор- мации, а зависимость положения минимума на темпе- ратурной шкале при деформации и природа такого поведения, вероятно, связаны с последовательностью дислокационных превращений и требует дальнейших исследований. Авторы выражают благодарность К.А. Чишко за полезные обсуждения. 1. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные мате- риалы, полученные интенсивной пластической дефор- мацией, Логос, Москва (2000). 2. M.A. Meyers, A. Mishra, and D. Benson, J. Progr. Mater. Sci. 51, 427 (2006). 3. В.В. Рыбин, Большие пластические деформации и разру- шение металлов, Металлургия, Москва (1986). 4. А.А. Лухвич, в кн.: Влияние дефектов на электрические свойства металлов, Наука и техника, Минск (1976). 5. R.H. Kropschot and F.J. Blatt, Phys. Rev. 116, 617 (1959). 6. В.М. Дмитриев, Н.Н. Пренцлау, В.Н. Светлов, В.Б. Степанов, ФНТ 31, 94 (2005) [Low Temp. Phys. 31, 73 (2005)]. 7. В.Н. Светлов, В.Б. Степанов, ФНТ 32, 919 (2006) [Low Temp. Phys. 32, 700 (2006)]. 8. Н.А. Конева, Э.В. Козлов, Л.И. Тришкина, Металло- физика 131, 49 (1991). 9. Р.К. Исламгалиев, Н.А. Ахмадеев, Р.Р. Мулюков, Р.З. Валиев, Металлофизика 130, 317 (1990). В.Н. Светлов, А.Л. Соловьев, В.Б. Степанов 86 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1 The influence of intensive plastic deformation on thermopower low-temperature peak and resistivity of polycrystalline copper V.N. Svetlov, A.L. Solovjov, and V.B. Stepanov The temperature dependence and the absolute value of the minimum of differential difference thermoelectric power (TEP) were investigated experimentally as a function of plastic deformation in polycrystalline copper samples with different contents of impurities: condi- tionally pure (99.99% Cu) and conditionally dirty (99.9% Cu). Simultaneously the relative electrical resistivity normalized to the value of residual resistance at 4.2 K was measured. The nonmonotonic character of the deformation dependences of the resistivity and TEP minimum account for the evolution of the defect structure in specimens with increasing strain. PACS: 72.15.–v Electronic conduction in metals and alloys; 72.15.Eb Electrical and thermal conduction in crystalline metals and alloys; 62.20.Fe Deformation and plasticity. Keywords: thermoelectric power, dislocations, plastic deformation, electrical resistance.

Влияние больших пластических деформаций на низкотемпературный пик термоэдс и электросопротивление поликристаллической меди

Institution

Ähnliche Einträge