УДК 539.373

С использованием подхода, основанного на методах неравновесной термодинамики, развита модель, позволившая сформулировать критериальные условия квазистатического распространения трещин по границе соединения абсолютно упругих материалов, когда они являются либо бездефектными, либо содержат неравновесные точечные кристаллические дефекты типа вакансий или атомарных примесей внедрения или замещения. Модель включает в себя разработанные ранее представления об интерфейсе как о поверхности, адсорбирующей точечные дефекты из объемов образующих его материалов, и описание кинетики адсорбции дефектов на интерфейсе. Полученный критерий роста трещины содержит параметры, связанные с адсорбцией дефектов как на интерфейсе, так и на свободных поверхностях материалов, появляющихся при раскрытии трещины. В критерий трещиностойкости входят величина работы обратимого разделения интерфейса, зависящая от концентрации дефектов в соединенных материалах, и скорость роста трещины. Показано, что изменяя концентрации дефектов, можно реализовывать тот или иной режим кинетики развития трещины (рост или залечивание). В качестве примера подробно проанализировано влияние неравновесных вакансий на рост трещины. В предположении, что вакансии есть только в одном из соединенных материалов, выведено и проанализировано уравнение, определяющее концентрацию вакансий, при которой может происходить смена режима развития трещины. В двух случаях, отвечающих предельным концентрациям вакансий, найдены аналитические решения этого уравнения. Для типичных условий функционирования актуальных многослойных структур получены и количественно проанализированы практические ограничения, при которых могут быть реализованы указанные предельные случаи. Эти ограничения относятся к значениям температуры и растягивающих механических напряжений, а также к значениям параметров, характеризующих свойства материалов и способности интерфейса и свободных поверхностей адсорбировать вакансии. Установлено, каким образом происходит смена режима распространения трещины с ростом концентрации вакансий. Результаты работы могут быть использованы, в частности, для моделирования и оптимизации адгезионных характеристик многослойных структур, применяемых в современных микро- и наноэлектронных технологиях а также при исследовании долговечности их функционирования.

Ключевые слова: трещина, интерфейс, скорость производства энтропии, работа отрыва, вакансии

DOI 10.24411/1683-805X-2018-12002

 

 

Р.В. Гольдштейн, Т.М. Махвиладзе, М.Е. Сарычев  Влияние точечных дефектов на трещиностойкость границы соединенных материалов // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 2. - С. 14-20