Механические свойства нанокристаллических материалов Упругие свойства

Известно, что упругий модуль является важнейшей характеристикой сил связи между атомами, именно поэтому столь необходими экспериментальные данные по упругим свойствам наноматериалов, чтобы определить силы взаимодействия тех атомов, которые образуют межкристаллитную границу. Значение упругих постоянных примерно на 30 % меньше, чем у обычных поликристаллов.

Твердость, предел текучести и прочность

Наноматериалы обладают высокой прочностью, но низкой пластичностью, что вызвано подавлением процессов генерации и движения дислокаций из-за малого размера зерна. Механические свойства нанокристаллических материалов существенно зависят от размера зерен. При больших размерахзерен рост прочности и твердости с уменьшением размера зерен обусловлен границами зерен, которые являются препятствиями для движения дислокаций, а в материале с зернами нанометровых размеров рост прочности обусловлен низкой плотностью подвижных дислокаций и трудностью образования новых дислокаций. Микротвердость нанокристаллических материалов в 2-7 раз выше, чем твердость крупнозернистых аналогов, и не зависит от получения материала.

Размер зерна является определяющим параметром для механических свойств наноматериалов. При малых размерах зерна почти полностью отсутствуют дислокационные механизмы упрочнения, и границы являются основным источником упрочнения материала.

Различие микротвердостей нано- и микрокристаллических сплавов не такое значительное. Установлено, что такие наноматериалы, как Se, Fe-Si-B, Fe-Mo-Si-B, тверже, чем соответствующие крупнозернистые материалы, а, например, образцы нанокристаллического Ni-P имеют меньшую твердость, чем соответствующие более крупнозернистые n-образцы. Уменьшение зерна на два порядка (от 1 до 10 ^-2 мкм) позволяет ожидать увеличения предела текучести и твердости не менее чем на один порядок величины

Твердость металлических наноматериалов в 3-5 раз выше твердости крупнозернистых материалов, а для неметаллических хрупких материалов – в 2-3 раза.

ВЫВОД

Механические свойства наноматериалов:

1. Это многоуровневый характер влияния на прочность и особенно на пластичность не только размера зерна, но и пористости, наличия примесей, пограничных сегрегаций и включений, текстуры, остаточных напряжений, природы границ и др.

2. При анализе размерных зависимостей использование такого понятия, как средний размер кристаллитов не всегда может дать исчерпывающую информацию и во многих случаях следует принимать во внимание распределение зерен по размерам. Небольшие количества больших зерен могут быть довольно значительными по объему и соответственно могут влиять на те или иные свойства наноматериалов.

3. В силу ограниченности числа образцов многие результаты кажутся недостаточно представительными и нуждаются в дополнительной и независимой проверке. Все это делает проведение исследований в этом направлении и анализ полученных результатов достаточно не простым и свидетельствует, наряду с отмеченными ранее некоторыми из нерешенных вопросов, о необходимости проведения дополнительных работ.