Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов В настоящее время КД применяют преимущественно для изуче- ния физики интенсивной пластической деформации. КД при ком- натной температуре или при более низких температурах используют для получения нанокристаллической структуры в металлах, сплавах, интерметаллидах и керамиках. КД чистых металлов приводит к фор- мированию равноосной структуры со средним размером зерен от 50 до 100 нм. В сплавах получаемый размер зерен может быть значитель- но меньше. Механизм интенсивной деформации зависит от многих факторов, в частности, от типа кристаллической решетки и энергии дефекта упаковки. Процесс формирования наноструктуры носит ярко выраженный стадийный характер. В чистых ГЦК-металлах (металлы с гранецентрированной кри- сталлической решеткой) с высокой энергией дефекта упаковки (Cu, Ni) последовательность структурных превращений следующая. По мере увеличения деформации кручением до n около 0.1 (n — число оборотов подвижного бойка) дислокации сосредоточиваются в границах субзерен (ячеек), которые представляют собой области зерен произвольной формы, свободные от дислокаций и отделен- ные от других областей малоугловыми границами. При дальнейшем увеличении деформации до n около 1 размеры субзерен уменьша- ются, а степень разориентировки между ними увеличивается. При этом происходит постепенный переход от субзеренной (ячеистой) структуры к зеренной, содержащей преимущественно большеугло- вые границы зерен. Интенсивная пластическая деформация сплавов, наряду с форми- рованием наноструктуры, может приводить к формированию мета- стабильных состояний, например, пересыщенных твердых раство- ров и метастабильных фаз. В интерметаллидных соединениях после КД может наблюдаться нарушение дальнего порядка вплоть до пол- ного разупорядочения. Наноматериалы, полученные КД, характеризуются высоким уров- нем внутренних напряжений и значительными искажениями кри- сталлической решетки. В таких наноматериалах могут возникать аномалии некоторых фундаментальных свойств, например, модулей упругости, температур Кюри и Дебая, намагниченности насыщения. Наноматериалы, полученные ИПД, обладают, как правило, высокими прочностными свойствами при относительно низких температурах 125 2.7. интенсивная пластическая деформация и высокой пластичностью и сверхпластич- ностью при повышенных температурах. В последнее время метод КД используют и при высоких температурах для получения в высокотемпературных сверхпроводящих керамиках острой кристаллографической текстуры и высокой плотности дефектов, служащих центрами пиннинга магнитно- го потока. Равноканальное угловое прессова- ние (РКУП) — один из распространенных методов интенсивной пластической дефор- мации (рис. 2.6). Метод заключается в про- давливании (экструзии) материала через наклонные каналы с одинаковой площадью поперечного сечения. Процедуру зачастую повторяют несколько раз. Технология была разработана в 1973 году в СССР. Формирование однородной структуры в наибольшей степени достигается при ис- пользовании стационарного процесса де- формирования, основанного на схеме про- стого сдвига. Сущность процесса состоит в продавливании заготовки через два пересекающихся под углом 2Φ от 90 до 150° канала равно- го поперечного сечения. На плоскости пересечения каналов сосре- доточена однородная локализованная деформация простого сдвига с интенсивностью ∆Γ = 2ctgΦ. Наиболее целесообразно использование углов 2Φ, близких к 90°, при которых достигается самый высокий уровень интенсивности де- формаций при незначительном росте контактных давлений. Для све- дения к минимуму контактного трения используется смазка. Многократная циклическая обработка материала по этой схеме обеспечивает сверхвысокие интенсивности деформации Γ = N · ∆Γ = = 2N ctgΦ, где N — число циклов. Полученный материал находится Рис. 2.6. Схема метода равноканального углово- го прессования: 1 — пуансон, 2 — заготовка 1 2 |