Главная --> Справочник терминов


Материалам относятся В настоящей главе изложены основные результаты экспериментальных исследований, направленных на выяснение дефектной структуры как границ, так и тела зерен в наноструктурных материалах, полученных с использованием ИПД. Рассмотрена структурная модель этих наноматериалов, базирующаяся на представлениях о неравновесных границах зерен.

Выделим возможные причины, приводящие к обнаруженной разнице в размере зерен, определенном рентгеновским и электронно-микроскопическим методами. Во-первых, каждое зерно в зависимости от его размера может состоять из одного или нескольких кристаллитов (ОКР). Во-вторых, метод РСА, основанный на измерении интегрального уширения профилей рентгеновских пиков, позволяет определять размер областей когерентного рассеяния, соответствующих внутренней области зерен, не включающей в себя приграничные сильно искаженные районы, существующие в нано-структурных материалах, полученных ИПД. Ширина таких районов составляет 6-10 нм (см. §2.2). Их наличие приводит к уменьшению размера ОКР и, следовательно, к уменьшению измеряемого размера зерен.

Экспериментальные данные о необычной дефектной структуре границ зерен в наноструктурных материалах, полученных интенсивной пластической деформацией, наблюдение искажений кристаллической решетки вблизи границ зерен легли в основу развиваемых модельных представлений об атомной структуре и свойствах этих материалов [12]. Данные представления базируются на концепции неравновесных границ зерен, которая была введена в научную литературу в 70-80-х годах [110,111] и позднее стала широко использоваться при описаниях взаимодействий решеточных дислокаций и границ зерен, для анализа рекристаллизационных и деформационных процессов в поликристаллах [3,172]. Ниже будут кратко рассмотрены основные положения физики неравновесных границ, дано описание структурной модели нанокристаллов и ее развитие для понимания их необычных свойств.

Рассмотренный подход позволяет сделать некоторые численные оценки вклада дислокаций и дисклинаций, а также дефектов в целом в величины среднеквадратичной упругой деформации, избыточной энергии границ зерен и увеличения объема в наноструктурных материалах, полученных методом ИПД. Данное положение справедливо в случае полностью произвольного распределения дислокаций в образце. Тем не менее проведенный А. А. Назаровым анализ [150] показывает, что интенсивная деформация приводит обычно к распределению дефектов, имеющему корреляционное расстояние, равное размеру зерен d, и для массивов произвольных зернограничных дислокаций можно использо-

Очевидно, избыточная энергия и увеличение объема нанострук-турных материалов могут быть связаны с другими дефектами, не производящими дальнодействующих напряжений. Это прежде всего неравновесные вакансии, поры, микротрещины и свободные объемы, связанные с границами зерен. Например, концентрация неравновесных вакансий порядка 3 х 10~4 наблюдалась в Си на стадии V деформационного упрочнения [217]. Тем не менее скорость релаксации неравновесных вакансий очень высока и наиболее вероятно, что вклад вакансий во время дилатометрических исследований не удается зафиксировать [143]. К сожалению, в литературе отсутствуют данные о влиянии пор и микротрещин, однако можно предположить, что их роль незначительна в материалах, деформированных под высоким давлением. Следовательно, есть все основания полагать, что избыточная энергия границ зерен и изменение объема в наноструктурных материалах, полученных методами ИПД, в основном обусловлена наличием высоких внутренних напряжений неупорядоченных ансамблей дислокаций и дисклинаций.

В уровень внутренних напряжений в нанокристаллах, имеющих размер зерен в несколько десятков нанометров, могут давать вклад не только линейные дефекты. Было, например, показано, что напряжения, вызванные поверхностным натяжением, могут вызывать значительные напряжения в наноструктурном Pd [83]. Близкодействующие поля точечных дефектов также важны в случае очень маленьких размеров зерен [118]. Следовательно, можно ожидать, что избыточная энергия скомпактированных нанокри-сталлов может иметь иную природу, чем в материалах, полученных методом ИПД. Однако этот вопрос требует дальнейших исследований.

Появление в результате ИПД высокой плотности дислокаций и дисклинаций приводит к упругим искажениям кристаллической решетки и изменениям межатомных расстояний, а, следовательно, можно ожидать и изменения тепловых характеристик наноструктурных материалов. Обнаруженное в работах [81, 135] изменение тепловых характеристик наноструктурных Ni и Си, полученных ИПД (см. §2.1), имеет закономерности, аналогичные тем, что были обнаружены в наноструктурных материалах, полученных методом газовой конденсации [83, 107, 220-225]. Так, например, температура Дебая оказалась уменьшенной на 21 % в Сг (Инм) [222] и 15% в Аи (10нм) [225]. В этих работах в качестве возможных причин, которые могут вызвать изменения тепловых характеристик наноматериалов, полученных методом газовой конденсации, указываются специфические тепловые колебания атомов в поверхностном слое порошинок или увеличенная концентрация точечных дефектов в области границ зерен.

Основываясь на полученных данных об увеличении размера зерен, уменьшении микроискажений кристаллической решетки, а также увеличении атомных смещений, можно предположить, что процесс возврата в наноструктурных материалах, полученных ИПД, сопровождается переходом границ зерен в более равновесное состояние и исчезновением полей упругих дальнодействующих напряжений. В пользу этого свидетельствует и небольшая скорость деформации при холодной прокатке, являющаяся важным фактором, определяющим процесс формирования структуры.

Диффузионные процессы в наноструктурных материалах, полученных консолидацией ультра дисперсных порошков, были объектом ряда исследований [279-281]. Полученные данные демонстрируют резкое ускорение диффузионных процессов в этих материалах, однако количественные оценки и интерпретация результатов весьма противоречивы. Предполагается, что это связано с сохранением некоторой остаточной пористости в образцах, а также нестабильностью их структуры в процессе диффузионных экспериментов.

В наноструктурных материалах, полученных методами ИПД, кинетика диффузионных процессов исследовалась в нескольких работах [255, 282, 283]. В частности, в работе [255] были проведены исследования диффузии Си в наноструктурном Ni, имеющем медное покрытие. При этом экспериментально определяли глубину проникновения Си в Ni методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Сравнительные диффузионные эксперименты были проведены при температурах 423 и 523 К в течение 3 ч, используя как наноструктурный, полученный РКУ-прессованием, так и крупнокристаллический Ni.

ные группы. В первом случае сшивание осуществляется посредством аллофановых связей, во втором — биуретовых. В материалах, полученных одностадийным способом, имеются те же сетчатые структуры, образованные несколько иным путем, а именно: низкомолекулярный полиол и удлинитель цепи смешиваются, не вступая в химическое взаимодействие. Затем добавляется диизоцианат, после чего рост цепи и сшивание происходит более или менее одновременно.

К исходным материалам относятся: мономеры, эмульгаторы, электролиты, диспергаторы, инициаторы или инициирующие системы, регуляторы молекулярной массы и ММР, стопперы полимеризации, коагулянты и антиоксиданты.

Применение пластических масс в производстве антифрикционных деталей имеет большое техническое, технологическое и экономическое значение. К этим материалам относятся текстолиты, древесные пластики, фторопласты, полиамиды, полиуретаны и т. д.

Все шире применяются новые олефины, в результате чего создаются материалы, которые хотя и являются еще малотоннажными, но благодаря ценному комплексу свойств привлекают к себе все большее внимание. К таким материалам относятся полибутен, поли-4-метилпен-тен-1, поли-З-метилбутен-1 и др.

* К вспомогательным материалам относятся: экстрагент, ингибиторы, хемосорбент, катализатор гидрирования и др.

сочетании с графитом; например пресс-материалы на фенолоформальдегидной основе. К антифрикционным материалам относятся фторопласты, полиамиды, фени-лон и др. Отдельную группу составляют полимерные материалы типа текстолитов, которые при сухом трении могут использоваться как фрикционные, а при смазке водой и маслами—'как антифрикционные материалы.

они являются водостойкими (В) и химически стойкими (X), устойчивыми в кислотах (ХК) и в щелочах (ХЩ). К водостойким .и химически стойким материалам относятся эмали: ХВ-124, ХВ-785, ХВ-1100, ХВ-1120, ХСЭ, ХС-710 и лаки ХСЛ и ХС-76 [1]. За исключением марок ХВ-124, ХВ-1100, ХВ-1120, все они являются атмос-феростоикими, устойчивыми к действию .кислот и щелочей.

из подобных же элементов структуры, но значительно большего размера. К таким материалам относятся, например, древесина и слоистые пластики. Существуют как эмпирически найденные, так и теоретически выведенные зависимости, передающие связь между углом разориентации и прочностью материала30.

зовут разрывы межатомных связей, что в конечном счете приведет к разрушению образца. При этом предполагается, что флуктуационная энергия превышает высоту эффективного потенциального барьера Д?/. Рассмотрим подробнее один из вариантов термофлук-туационной теории прочности, предложенный Бартеневым [17]. Пусть имеется материал, который претерпевает хрупкое разрушение. К таким материалам относятся полимеры ниже температуры хрупкости Гхр, а также в интервале от Гхр до Tg.

Впервые явление реопексии наблюдали Фрейндлих и Инлисбер-гер114, которые изучали поведение 42%-ного водного раствора гипса и нашли, что после встряхивания этот материал затвердевает после 40 мин отдыха. Однако время затвердевания сокращалось до 20 мин, если сосуд осторожно перекатывали между ладонями. По-видимому, небольшие перемещения сдвигового характера способствовали образованию структуры, в то время как значительные деформации (встряхивание) разрушали ее. Вероятно, существует какая-то критическая величина напряжения сдвига, после превышения которой образования структуры не наблюдается, а наоборот, происходит ее разрушение. К реопектичным материалам относятся также разбавленные водные растворы пятиокиси ванадия и бентонита. Иногда к реопектичным относят также материалы, в которых структура образуется только под воздействием сдвига и постепенно разрушается в состоянии покоя, хотя поведение этих материалов несколько отлично от поведения гипсового раствора, исследованного Фрейндлихом и послужившего прообразом для введения понятия реопексии.

Лакокрасочные материалы, с помощью которых получают покрытия, представляют собой жидкие.или пастообразные составы, которые при нанесении тонким слоем на твердую поверхность высыхают с образованием пленки, удерживаемой на поверхности силами адгезии. К лакокрасочным материалам относятся лаки, краски, грунтовки, шпатлевки. Лаки — растворы природных или синтетических пленкообразующих веществ в органических растворителях — применяют для получения прозрачных покрытий.

Формула (1.7) не применима для материалов, у которых модуль упругости определяется одним типом связи, а прочность — другим. К таким материалам относятся полимеры, у которых, как правило, модуль упругости определяется межмолекулярными силами, а прочность —химическими связями. Только в случае предельно ориентированных полимеров и модуль упругости, и прочность в направлении ориентации цепей определяются химическими связями. Приближенные оценки заложенных в различных полимерах ресурсов прочности имеют непосредственное практическое значение.




Механическом диспергировании Механическую прочность Механизма электрофильного Механизма химических Механизма нитрования Механизма пластификации Механизма свидетельствует Механизма заключается Механизме полимеризации

-
Яндекс.Метрика