Материалы и методы нанотехнологии Конспект лекций Лекция

Материалы и методы нанотехнологии Конспект лекций

Лекция 5 Механические свойства наноматериалов

Механические свойства С уменьшением размера наночастицы происходит удаление дислокаций из объема частицы. Критический размер частиц и зерен D, в которых отсутствуют дислокационные петли и краевые дислокации определяется формулой D (Gb/ п) где G – модуль сдвига; b – вектор Бюргерса; σп – напряжение Пайерлса; α – численный коэффициент, определяемый видом границ раздела и видом дефекта.

Влияние размера зерен на свойства материалов: а- зависимость твердости (1) и предела прочности (2) железного компакта от размера зерен; б - зависимость относительного удлинения образца меди (1), серебра (2), палладия (3), сплава алюминия с цирконием ( 4), алюминия с титаном (5); в - микрофотография железного компакта, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа (стрелками показаны поры и разрывы)

Зависимость микротвердости Hv (а) и модуля Юнга Е (6) от относительной плотности τ нанокристаллических образцов Ti. N, полученных при высоких значениях давления и температуры из ультрадисперсного порошка Ti. N с частицами размером 80 (1), 70(2), 18 (3), 16 (4) нм

Твердость и размер зерна некоторых наноматериалов, полученных методами компактирования Состав Метод изготовления Относительная плотность Размер зерна, нм Твердость по Виккерсу, ГПа Fe Теплое прессование 0. 94 15 8, 0 Fe – Ni. N (63%) Динамическое прессование 0, 92 12 13, 5 Ni – Ti. N (64%) То же 0, 97 10 13, 0 Ag – Mg. O (76%) Прессование - 2 – 50 2, 5 Nb 3 Al Электроразрядное горячее прессование 0, 97 30 18 – 22 Ti. Al Горячее изостатическое прессование 0, 99 20 6, 0 Ti. N Высокие давления и температуры 0, 98 – 0, 99 30 – 50 29 – 31 Ti. N – Ti. B 2 (50%) То же 0, 98 – 0, 99 - 34 Si 3 N 4 » 0, 99 - 38 Si. C Горячее изостатическое прессование 0, 97 70 27 BN Спекание в ударных волнах 0, 96 25 43 – 80 Алмаз Динамическое прессование 0, 91 - 63 – 68

Механические свойства обычной и наноструктурной никелевой ленты при комнатной температуре * За 108 циклов на воздухе. ** В сухом воздухе. Характеристика Крупнокристалличес кий образец Нанокристаллический образец L ~ 100 нм L ~ 10 нм Предел текучести, МПа 103 690 > 900 Предел прочности, МПа 403 1100 > 2000 Относительное удлинение, % 50 > 15 1 Модуль упругости, ГПа 207 214 204 Твердость по Виккерсу, ГПа 1, 4 3, 0 6, 5 Усталостная прочность*, МПа 241 275 - Износ**, мкм 2 1330 - 7, 9 Коэффициент трения** 0, 9 - 0, 5

Кривые напряжение – деформация, полученные при испытании медных образцов: 1 – исходная крупнозернистая медь; 2 – то же после холодной прокатки; З, 4 – то же после соответственно 2 и 16 проходов равноканального углового прессования

Изломы образцов Ti. N, спеченных из ультрадисперсного порошка при температуре 1200 о. С и давлении 4 ГПа: а- исходный порошок с частицами размером ~ 18 нм; б- исходный порошок с частицами размером ~ 80 нм и отдельными крупными частицами > 1 мкм

Расчетная модель структуры нанокристаллической меди до (а) после (б) деформации

Температурная зависимость чувствительности оксида олова, полученного спеканием порошка с размером частиц 4 (1), 8 (2), 15 (3) нм в присутствии водорода 0, 1 мас. %