The brittle-to-ductile transition in doped silicon as a model substance

Um die Bedeutung der Versetzungsgeschwindigkeit für die spröde-duktil Übergangstemperatur zu untersuchen, wurden bei hohen Temperaturen Experimente an vorgespaltenen, versetzungsfreien Silizium-Einkristallen durchgeführt. Die in Silizium gut bekannte Dotierungsabhängigkeit der Versetzungsgeschwindigkeit wird benutzt, um detailierte Informationen über die in der plastischen Zone herrschenden Bedingungen zu erhalten. Bei hohen Temperaturen entstehen Versetzungen bereits bei einer angelegten Spannungsintensität, die deutlich niedriger ist, als die kritische Spannungsintensität, um in den versetzungsfreien Proben bei Raumtemperatur Sprödbruch zu erzeugen. Als Folge davon ist die plastische Zone, die sich um die Rißspitze entwickelt, abgesättigt, bevor die Normalspannung an der Rißspitze die Kohäsionsspannung erreicht. Wegen der Absättigung de plastischen Zone ist die spröde-duktil Übergangstemperatur durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich die Versetzungen unter kleinen Schubspannungen, die in der Umgebung des abgeschirmten Risses wirken, von der Rißspitze wegbewegen.