Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов в однородном напряженно-деформированном состоянии, но попереч- ные размеры заготовки не изменяются. Истинная логарифмическая степень деформации определяется по формуле e = Arsh (Γ/2) = ln {(Γ/2) + [(Γ/2) 2 + 1] 1/2 }, где Arsh — обратный гиперболический синус. Деформационное воздействие РКУП создает различные дефекты кристаллов сплава, изменяя при этом микроструктуру материала. В отличие от многих других способов деформационной обработки (например, наклеп, волочение), РКУП морфологически однородно уменьшает размер зерен и изменяет их форму. Метод равноканально- го углового прессования (см. рис. 2.6) обеспечивает получение более крупных размеров деталей с диаметром до 60 мм и длиной до 200 мм. Температура процесса в зависимости от обрабатываемого материала выбирается комнатной или слегка повышенной. Важной проблемой является сохранение целостности получаемых образцов для малопла- стичных и труднодеформируемых материалов. Метод позволяет фор- мировать ультрамелкозернистую структуру со средним размером зе- рен в диапазоне от 200 до 500 нм. Метод применяется для получения высокоплотных нанострукту- рированных материалов с высокой морфологической однородностью зерна из массивных пластически деформируемых заготовок. Сдви- говая деформация образца происходит при пересечении им области контакта между каналами. При неоднократном повторении процеду- ры РКУП происходит систематическое увеличение деформации, при- водящее к последовательному уменьшению размера зерна за счет формирования сетки сначала малоугловых, а затем и большеугловых границ. Эта особенность метода позволяет подвергать интенсивной пластической деформации не только пластичные, но и труднодефор- мируемые металлы и сплавы. Угол, под которым пересекаются кана- лы пресс-формы, имеет большое значение. РКУП может использоваться и для управления кристаллографиче- ской текстурой объемных конструкционных материалов. Уменьшение до субмикронного размера зерна обрабатываемых металлов и сплавов может приводить к значительному улучшению их механических свойств, в частности, к повышению пределов проч- 127 2.8. Конструкционные наноматериалы ности и текучести, а также к появлению у них способности к сверх- пластическому деформированию, что представляет большой интерес для современной аэрокосмической промышленности. Метод интенсивной пластической деформации применялся для по- лучения нано- и субмикрокристаллической структуры таких метал- лов, как Cu, Pd, Fe, Ni, Co, сплавов на основе Al, Mn и Ti. Интенсивная пластическая деформация применяется для получе- ния наноструктуры не только металлов, сплавов и интерметаллидов с достаточно высокой пластичностью, но и некоторых соединений с большой хрупкостью. Интересно, что после равной по величине пла- стической деформации размер зерен в хрупких соединениях был мень- ше, чем в металлах. Методом кручения под квазигидростатическим давлением из крупнодисперсного (размером частиц от 2 до 5 мкм) по- рошка нестехиометрического карбида титана TiC 0.62 впервые получи- ли компактный нанокристаллический образец размером зерен в пре- делах от 30 до 40 нм. Методом кручения под квазигидростатическим давлением 8 ГПа был получен нанокристаллический монооксид титана. Размер обла- стей когерентного рассеяния рентгеновских лучей был оценен по гра- фику Вильямсона–Холла и составил около 40 нм. Кроме того, было обнаружено, что период кубической решетки монооксида титана в ре- зультате механической обработки увеличился на 0.4 пм, что свиде- тельствует о заметном изменении концентрации титановых вакансий. К структурным вакансиям в этом соединении приковано присталь- ное внимание ученых, поскольку именно такие вакансии определя- ют свойства монооксида. На примере монооксидов титана, ванадия и ниобия, а также других нестехиометрических соединений переход- ных металлов IV и V групп можно с успехом исследовать влияние на- носостояния на нестехиометрию и содержание вакансий в различных подрешетках наноструктурированных материалов. 2.8. Конструкционные наноматериалы Наноматериалы конструкционного назначения на сегодняшний день являются наиболее востребованными для решения различных проблем новой техники. Основные материалы данного класса — это |