固體內耗

固體內耗（internal friction in solid）是指作自由振動的固體，其機械振動逐漸衰減，使機械振動能量耗散變為熱能的現象。如果固體形變是完全彈性的，應變隨應力變化保持嚴格的、瞬時的單值線性關係，振動一周就不會產生能量損耗。只有當固體的形變是非彈性的（如應變滯後於應力），這種滯彈性行為使應力與應變不復保持單值函式關係。

基本介紹

• 中文名：固體內耗
• 外文名：internal friction in solid
• 特徵：自由振動的固體能量耗散變為熱能

理論詮釋

作自由振動的固體，振動一周應力–應變曲線圖上出現閉合的滯後回線，其面積等於能量損耗ΔW。一般將能量損耗ΔW與振動能W的比值定義為內耗Q的度量，即：

Q=(2π)ΔW/W

由於非彈性形變對應的彈性模量M與完全彈性模量M_u有差別，內耗必然伴生模量虧損效應。

內耗具有結構敏感性，因此常用來研究固體內部的缺陷及其相互作用。點缺陷所產生內耗峰的機制已經比較清楚。由於應力引起點缺陷勢能調節到新的平衡組態，從而產生非彈性應變。可用弛豫時間來度量趨向新平衡態過渡所需的時間。當弛豫時間τ與振動周期（即振動圓周頻率的倒數1/ω）相近時，產生弛豫型內耗峰。這種形式的內耗表示形式為：

Q=Δ_H[ωτ/(1+ωτ)]

式中Δ_H是弛豫強度。因此ωτ=1處會出現內耗的極大值，即內耗峰。不同類型的點缺陷弛豫機制對應於不同的弛豫時間τ，這樣在寬廣的機械振動頻率範圍內會出現許多內耗峰，它們可稱為內耗譜或機械振動吸收能譜。利用這些譜可探明晶體缺陷的組態，也是研究微量溶質原子極為有效的方法。斯諾克峰就是點缺陷弛豫內耗峰的一個典型例子。它最初是α鐵中碳、氮等填隙溶質原子所引起的。體心立方金屬中填隙溶質原子引起四方對稱的畸變，在應力作用下會產生溶質原子的躍遷，以改變四方軸的取向來降低能量。斯諾克峰高與溶質濃度成正比，因此可通過測量峰高的變化來研究固體的脫溶沉澱以及某些脆化的機制。許多弛豫過程具有τ=τ₀e的關係（這裡H為過程的激活能），通過固定頻率而改變溫度也可以獲得弛豫峰。這是內耗測量中最常見的方法，可測出有關缺陷的擴散參量。

位錯內耗

晶體中的位錯也會引起內耗，位錯內耗的研究一直是極其活躍的領域。位錯線受到一列點缺陷的釘扎，交變應力作用下位錯會“弓出”，如弦線一般作振動。當交變應力作用的頻率與弦振動的頻率相等時，將產生共振型的內耗峰。用格蘭那托–呂克的位錯弦振動理論，可對內耗現象作出基本令人滿意的解釋。可利用它來研究位錯與點缺陷的互動作用（如輻照效應等）以及位錯的動力學阻尼性質。位錯也引起一系列的弛豫內耗峰。在低溫下的博多尼峰，就是能谷中位錯線通過熱激活來翻越點陣勢壘所引起的。另外，由於位錯拖著點缺陷運動可造成一系列內耗峰。

界面內耗包括：①晶粒間界弛豫峰，它是中國科學家葛庭燧首先發現的，又稱葛氏峰。②孿晶界、共格相界及疇界引起的靜滯型內耗具有特大的阻尼值，是當今高阻尼材料的主要機制。