СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МОНО- И ПОЛИКРИСТАЛЛАХ
METHOD OF SOUND SPEED DETERMINATION IN MONO AND POLYCRYSTALS

Изобретение относится к способам определения скорости звука в моно- и поликристаллах.
Известен способ определения скорости звука, по которому, в частности, в твердых телах возбуждают бегущую акустическую волну, направляют световой пучок и по разности фаз судят о скорости волны (Патент РФ №2221224, М.Кл. G01H 5/00, 10.01.2004).
Известен способ измерения скорости звука в твердых материалах, по которому, в частности, излучают звук в иммерсионную среду и образец и измеряют время распространения ультразвука (Авторское свидетельство СССР №1456792, М.Кл. G01H 5/00, 07.02.1989).
Известен способ определения скорости звука в среде, по которому, в частности, генерируют ударные звуковые волны, определяют время движения волн между преобразователями и вычисляют среднее значение скорости движения ударных волн на отрезке расположения преобразователей по формуле (Патент РФ №2130597, М.Кл. G01L 23/10, 20.05.1999).
Недостатком способов являются ограниченные функциональные возможности.
Наиболее близким по достигаемому результату является способ определения продольной и поперечной звуковых волн в плоскопараллельных объектах, по которому, в частности, излучают гармонические ультразвуковые колебания, измеряют параметры колебаний и определяют скорость продольных и поперечных звуковых волн по формуле (Патент РФ №2034241, М.Кл. G01H 5/00, 30.04.1995).
Недостатком является трудоемкость способа и ограниченные функциональные возможности.
Технический результат изобретения - снижение трудоемкости способа, возможность прогнозирования скорости звука в моно- и поликристаллах путем расчета по формуле, а также расширение функциональных возможностей за счет определения скорости звука в моно- и поликристаллах предельно малых объемов на уровне нанометровых размеров.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе определения скорости звука в моно- и поликристаллах, по которому вычисляют скорость продольных звуковых волн по формуле, в отличие от прототипа что предварительно определяют период кристаллической решетки для моно- и поликристалла рентгеноструктурным методом, а затем по формуле:
зв
где V - скорость звука в моно- и поликристалле;
m - атомная масса химического элемента;
е - заряд электрона;
r - расстояние между ближайшими атомами-соседями, которое
0
зависит от типа и периода кристаллической решетки аπ=3,14;
0
ε- электрическая постоянная, определяют скорость звука.
Кроме того, период кристаллической решетки можно определить по справочным данным (Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. Учебник для вузов / Новиков И.И., Розин К.М. - M.: Металлургия, 1990, 336 с.).
Пример конкретной реализации способа
Для рентгеноструктурного анализа изготавливаются образцы. Монолитные образцы в форме шлифов изготавливают из исследуемого материала обычными механическими способами и перед съемкой подвергают электролитической полировке для снятия наклепа. Плоские шлифы подготавливают для съемки с помощью электролитического травления для снятия деформированного слоя. При съемке на просвет образцы должны электролитически утоньшаться до тонкой фольги.
Для определения периодов кристаллической решетки необходимо измерить межплоскостные расстояния, проиндицировать дифракционные отражения и, зная связь между межплоскостным расстоянием, индексами отражающих плоскостей и периодами решетки, рассчитать последние (С.С.Горелик, Л.Н.Расторгуев, Ю.А.Скаков. Рентгенографический и электроннооптический анализ. - М.: Металлургия, 1970, 366 с.).
Методами прецизионного определения периода кристаллической решетки могут служить следующие:
- асимметричная съемка с расчетом по последним линиям;
- метод съемки на больших расстояниях в широком расходящемся пучке;
- метод съемки с независимым эталоном;
- безэталонный метод при обратной съемке и др.
Выбор того или иного метода определения периода решетки связан с расположением линий на рентгенограмме и симметрией решетки исследуемого материала (Н.Н.Качанов, Л.И.Миркин. Рентгеноструктурный анализ. М.: Машгиз, 1960, 216 с.).
Расстояние между ближайшими атомами-соседями определяется в соответствии с правилами кристаллографии [Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. - 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.]. В частности, для меди с гранецентрированной кристаллической решеткой
0
где а - период кристаллической решетки.
Например, скорость звука в моно- и поликристаллах меди Cu определяется как
-19
где е=1,6·10 Кл - заряд электрона;
π=3,14;
0
-12
2
2
ε=8,85·10 Кл/Нм - электрическая постоянная;
m=63,546 - атомная масса меди;
-27
1,66·10 кг - атомная единица массы.
ТаблицаРезультаты некоторых расчетов сведены в таблицу.
Символ элемента
Величина скорости звука, м/с
расчетная
экспериментальная
погрешность %
Cu
4138
3710
11,5
Ni
4354
4785
9
Ag
2345
2640
11,1
Au
2209
2030
8,8
Из таблицы видно, что расчетная величина скорости звука для меди Cu составляет 4138 м/с, а экспериментальное значение - 3170 м/с. Экспериментальные значения использованы из справочника (Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К.Кикоина. M.: Атомиздат, 1976, 1008 с.).
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить трудоемкость за счет расчета по формуле, в свою очередь, определение скорости звука для моно- и поликристаллов предельно малых объемов на уровне нанометровых размеров расширяет функциональные возможности способа.