Änderung der elastischen Eigenschaften von Aluminium nach Tieftemperatur-Elektronenbestrahlung

Abstract

An einkristallinen Aluminiumproben wurden die Änderungen der elastischen Eigenschaften nach Tieftemperaturelektronenbestrahlung untersucht. Die Messungen wurden an einem tieffrequenten Torsionspendel (typische Torsionsfrequenz 40 Hz) durchgeführt. Es wurden sowohl die Innere Reibung als auch der Torsionsmodul mit hoher Genauigkeit als Funktion der Bestrahlungsdosis bzw. der Temperatur gemessen. Die beobachteten Effekte lassen sich ihrer Natur nach in zwei verschiedene Kategorien einteilen: 1. Ein äußeres Spannungs- oder Dehnungsfeld induziert elastische Dipolmomente der Defekte und führt zur diaelastischen Moduländerung(DEM). Die Messungen zeigen, daß diese negativ, sehr groß und anisotrop ist. Pro Prozent Defekte erhält man eine relative Erniedrigung des Moduls C$_{44}$ von -27%, des Moduls C' = c$_{11}$ - c$_{12}$/2 von -15%. Solch große Moduländerungen waren lange Zeit unverstanden. Theoretische Modellrechnungen jüngster Zeit haben offensichtlich eine Klärung dieser Fragen herbeigeführt. Durch das Hineinzwängen des Defektes in das Zwischengittergebiet entstehen in der Defektumgebung stark zusammengedrückte"Federn". Bei Scherbeanspruchung senkrecht zu ihrer Längsachse wirken sie wie Blattfedern mit negativer Rückstellkraft und reduzieren die Rückstellkräfte des ungestörten Gitters. Entsprechend den ausgeprägten, unterschiedlichen Symmetrien der verschiedenen Modelle, die in der Vergangenheit für das Zwischengitteratom vorgeschlagen wurden, sind auch ausgeprägte Unterschiede in den Änderungen der verschiedenen kubischen Moduln c$_{ij}$ zu erwarten. Der Vergleich der Anisotropie der experimentell ermittelten Daten mit den Rechnungen zeigt die Eigenschaften, die man für das Zwischengitteratom in der $\langle$100$\rangle$-Hantelkonfiguration erwartet. Darüber hinaus stimmen auch die absoluten Werte erstaunlich gut sowohl mit den theoretischen Werten als auch mit vergleichbaren Zahlen für Kupfer überein. Das Ausheilverhalten der DEM zeigt, daß kleine Zwischengitteratomcluster eine noch höhere Polarisierbarkeit haben als einzelne Zwischengitteratome, daß aber Agglomerate in Form von Versetzungsscheibchen nur schwach polarisierbar sind. 2. Defekte können bereits von Natur aus ein permanentes elastisches Dipolmoment haben. In diesem Falle können sie in einem äußeren Spannungs- oder Dehnungsfeld in energetisch günstigere Lagen umorientieren. Diese Prozesse führen zu Maxima in der Inneren Reibung und zu einer charakteristischen Modulerniedrigung.Es wird gezeigt, daß die gefundenen Maxima der Inneren Reibung - bis auf das bekannte, von eng benachbarten Paaren erzeugte 19 K Maximum - durch Defektcluster verursacht wurden. Insbesondere konnte eine Erhöhung der Inneren Reibung bei sehr tiefen Temperaturen im Gegensatz zur Interpretation in einer anderen Arbeit ebenfalls eindeutig als Reibungsmaximwn identifiziert werden. Im übrigen zeigen diese Messungen, daß die Temperaturabhängigkeit der Inneren Reibung und des Moduleffektes weitgehend identisch ist mit der, die nach Bestrahlung mit Neutronen und $\alpha$-Teilchen beobachtet wird