Когда рост кристалла прекращается, эти ступеньки остаются на поверхностии их можно видеть в микроскоп.
Рис. 25. Ступеньки роста на большом усе, движущиеся вниз по кристаллу
Интуиция подсказывает, что трещина – штука скверная, но далеко не очевидно,что и ступенька может вызвать вредную концентрацию напряжений. Готовыхтеоретических решений задачи о поведении ступенек в литературе не было,и я попросил Марша заняться изучением этого вопроса. Методом фотоупругости,работая на прозрачных моделях в поляризованном свете, Марш смог доказать,что ступенька так же вредна, как и эквивалентная ей трещина. По существуее можно рассматривать как половину трещины. Экспериментальный результатМарша был затем математически подтвержден Коксом.
Хотя эта работа была выполнена для объяснения прочности крошечных кристалликов,полезно обратить на нее внимание инженеров, которые, опасаясь трещин, поройлегкомысленно относятся к ступенькам в машинах и конструкциях. Заметим,что в случае ступенек, как это было и с трещинами, концентрация напряженийопределяется не абсолютным размером дефекта, а отношением глубины к радиусуоснования дефекта.
Изучив под электронным микроскопом серию усов, Марш нашел, что для исследованныхим веществ радиус основания ступеней роста был практически постоянным исоставлял примерно 40 А. Затем он сравнил высоту наиболее опасных ступенекс измеренной прочностью усов. Связь была налицо и не оставляла места сомнениямотносительно объяснения масштабного эффекта на усах. Так как большие усыничем, кроме размеров, не отличаются от других типов кристаллов, это должнобыло послужить общим объяснением прочности и разрушения хрупких кристаллов.
Дэш своими опытами показал, что поведение усов в этом смысле не отличаетсяот поведения больших кристаллов. Он взял большой (2 см) кристаллкремния, который в обычных условиях особой прочностью не отличается, иочень тщательно его отполировал. Заключив этот кристалл в прозрачную коробку,снабженную механизмом изгиба, Дэш регулярно появлялся с ним на разногорода конференциях и демонстрировал свой опыт всем и каждому: кристалл могизгибаться без разрушения до деформации 2%, что соответствует напряжению450 кг/мм – цифра очень внушительная.
