Первичные нанотрещины в нитридах, боридах и карбидах тугоплавких металлов
В.М. Юров1, В.И. Гончаренко2, В.С. Олешко2
1 НАО «Карагандинский технический университет им. А. Сагинова»
2 ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.328
Оригинальная статья
Аннотация: Предлагается модель, по которой можно вычислить длину нанотрещины твердого тела. Длина нанотрещины в нитридах, боридах и карбидах тугоплавких металлов оказалась равной в интервале 1<L<3 нм. Обсуждаются теоретические и экспериментальные методы исследования нанотрещин. Теория дает интервал длин для поликристаллов кремния 0<L<2 нм. Рентгеновские и электронно-микроскопические методы дают толщину трещин в металле в диапазоне десятых и сотых долей микрона. Предложенный недавно метод фрактолюминесценции для разрушения минералов с длительность сигналов ≈50 нс, а интервал времени между ними изменялся от ≈0,1 до 1 мкс, позволил выявить нанотрещины в олигоклазе при разрушении его поверхности в интервале 10<L<20 нм, что совпадает с предложенной нами моделью. Можно привести еще примеры образования нанотрещин в твердых телах. Иными словами, мы предлагаем назвать направление физики конденсированного состояния «физикой нанотрещин», которая отличается от «теории трещин» как по ее экспериментальному обнаружению, так и методу ее расчета.
Ключевые слова: нанотрещина, поверхностный слой, металл, разрушение, поверхность, модель, микрон
- Юров Виктор Михайлович – к.ф.-м.н., доцент кафедры «Месторождения полезных ископаемых», НАО «Карагандинский технический университет им. А. Сагинова»
- Гончаренко Владимир Иванович – д.т.н., доцент, директор Военного института МАИ, ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
- Олешко Владимир Станиславович – к.т.н., доцент, начальник кафедры летательных аппаратов Военного института МАИ, ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
Ссылка на статью:
Юров, В.М. Первичные нанотрещины в нитридах, боридах и карбидах тугоплавких металлов / В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 328-337. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.328.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Панин, В.Е.Наноструктурирование поверхностных слоев конструкционных материалов и нанесение наноструктурных покрытий / В.Е. Панин, В.П. Сергеев, А.В. Панин. – Томск: Изд-во ТПУ. 2010. – 254 с.
2. Малкин, А.И. Эффект Ребиндера в разрушении металлов и горных пород / А.И. Малкин, Д.А. Попов // Физика металлов и металловедение. – 2022. – Т. 123. – №12. – С. 1313-1324. DOI: 10.31857/S0015323022600678.
3. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В.М. Юров // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 389-397. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.389.
4. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения / В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко, С.А. Гученко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 522-533.DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.522.
5. Оура, К. Введение в физику поверхности / К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин и др. – М.: Наука, 2006. – 490 с.
6. Андриевский, Р.А.Наноматериалы на основе тугоплавких карбидов, нитридов и боридов / Р.А. Андриевский // Успехи химии. – 2005. – Т. 74. – Вып. 12. – С. 1163-1175.
7. Рехвиашвили, С.Ш. К расчету постоянной Толмена / С.Ш. Рехвиашвили, Е.В. Киштикова, Р.Ю. Кармокова, А.М. Кармоков // Письма в журнал технической физики. – 2007. – Т. 33. – Вып. 2. – С. 1-7.
8. Зимон, А.Д. Адгезия пленок и покрытий / А.Д. Зимон. – М.: Химия, 1977. – 352 с.
9. Yurov, V.M.Structural phase transition in a surface layer of metals / V.M. Yurov, S.A. Guchenko, V.Ch. Laurinas, O.N. Zavatskaya // Вестник Карагандинского университета. Серия: Физика. – 2019. – № 1 (93). – P. 50-60. DOI: 10.31489/2019Ph1/50-60.
10. Баженов, М.Ф. Твердые сплавы: справочник / М.Ф. Баженов, С.Г. Байчман, Д.Г. Карпачев. – М.: Металлургия,1978. –184 с.
11. Шикин, А.М. Квантово-размерные эффекты в тонких слоях металлов на поверхности монокристаллов и их анализ / А.М. Шикин, В.К. Адамчук // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50. – Вып. 6. – С. 1121-1137.
12. Peierls, R. The size of a dislocation / R. Peierls // Proceedings of the Physical Society. – 1940. – V. 52. – № 1. – P. 34-37. DOI: 10.1088/0959-5309/52/1/305.
13. Nabarro, F.R.N. Dislocations in a simple cubic lattice / F.R.N. Nabarro // Proceedings of the Physical Society. – 1947. – V. 59. – № 2. –P. 256-272. DOI: 10.1088/0959-5309/59/2/309.
14. Усатенко, О.В. Энергия и барьер Пайерлса дислокации (кинка) Френкеля–Конторовой / О.В. Усатенко, А.В. Горбач, А.С. Ковалев // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 43. – Вып. 7. – С. 1202-1206.
15. Фан, T. Исследование полных А-дислокаций в чистом магнии на основе первичных принципов / T. Фан, Л. Луо, Л. Ма и др. // Прикладная механика и техническая физика. – 2014. – Т. 55. – № 4 (326). – С. 141-151.
16. Гринберг, Б.А. О возможности автоблокировки дислокаций в различных материалах / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов и др. // Физика металлов и металловедение. – 2009. – Т. 108. – №1. –С. 93-104.
17. Благовещенский, В.В. Исследование модели дислокационного источника Франка-Рида / В.В. Благовещенский, И.Г. Панин // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. – 2012. – № 1. – С. 40-45.
18. Гарбер, Р.И. Физика прочности кристаллических тел / Р.И. Гарбер, И.А. Гиндин // Успехи физических наук. – 1960. – Т. 70.– Вып. 1. – С. 57-110.
19. Овидько, И.А. Зарождение нанотрещин в поликристаллическом кремнии под действием зернограничного скольжения / И.А. Овидько, А.Г. Шейнерман // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49. – Вып. 6. –С. 1056-1060.
20. Дроздов, А.Ю.Исследование эволюции микротрещины в модельных металлах при ионной имплантации.компьютерный эксперимент / А.Ю. Дроздов, М.А. Баранов, В.Я. Баянкин // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2004. – № 5. – С. 76-80.
21. Морозов, Н.Ф. Влияние зарождения цепочек наноскопических зерен вблизи вершин трещин на трещиностойкость нанокристаллических керамик / Н.Ф. Морозов, И.А. Овидько, Н.В. Скиба // Доклады Академии наук. – 2013. – Т. 450. – № 4. – С. 413-416. DOI: 10.7868/S0869565213160111.
22. Бетехтин, В.И. Эволюция микроскопических трещин и пор в нагруженных твердых телах / В.И. Бетехтин, А.Г. Кадомцев // Физика твердого тела. – 2005. – Т. 47. – Вып. 5. –С. 801-807.
23. Веттегрень, В.И. Разрушение кварцевого диорита при трении / В.И. Веттегрень, А.В. Пономарев и др. // Геофизические исследования. – 2020. – Т. 21. – № 4. – С. 35-50. DOI: 10.21455/gr2020.4-3.
24. Веттегрень, В.И. Нанотрещины при разрушении олигоклаза / В.И. Веттегрень, А.В. Пономарев, В.Б. Кулик и др. // Физика земли. – 2021. – № 6. – С. 87-92. DOI: 10.311857/S0002333721060119.
25. Букреев, К.А. Теоретическая прочность на сдвиг ОЦК- и ГПУ-металлов / К.А. Букреев, А.М. Искандеров, С.В. Дмитриев и др. // Физика твердого тела. – 2014. – T. 56. – Вып. 3. – C. 417-422.
26. Карькина, Л.Е. Влияние сегрегаций легирующих элементов на зернограничное проскальзывание в бикристаллах сплавов Al-Mg и Al-Ni. Атомистическое моделирование / Л.Е. Карькина, И.Н. Карькин, Ю.Н. Горностырев // Физика металлов и металловедение. – 2020. – Т. 121. – № 9. – С. 901-906. DOI: 10.31857/S001532020090077.
27. Макаровa, А.В. Металлофизические основы наноструктурирующей фрикционной обработки сталей / А.В. Макаровa, Л.Г. Коршуновa // Физика металлов и металловедение. – 2019. – Т. 120. – № 3. – С. 327-336. DOI: 10.1134/S0015323018120124.
28. Иоффе, А.Ф. Отчет о работе физико-технического института / А.Ф. Иоффе // Успехи физических наук. – 1936. – Т. 16. – Вып. 7. – С. 848-871. DOI: 10.3367/UFNr.0016.193607c.0847.
29. Френкель, В.Я. Абрам Федорович Иоффе (Биографический очерк) / В.Я. Френкель // Успехи физических наук. – 1980. – Т. 132. – Вып. 9. – С. 11-45. DOI: 10.3367/UFNr.0132.198009b.0011.
30. Чаус, А.С. Формирование структуры быстрорежущей стали при лазерном оплавлении поверхности / А.С. Чаус, А.В. Максименко и др. // Физика металлов и металловедение. – 2019. – Т. 120. – № 3. – С. 291-300. DOI: 10.1134/S0015323019030045.
31. Ботвина, Л.Р. Иерархия микротрещин при циклическом и статическом нагружении / Л.Р. Ботвина, А.И. Болотников, И.О. Синев // Физическая мезомеханика. – 2019. – Т. 22. – № 6. – С. 24-36. DOI: 10.24411/1683-805X-2019-16003.
32. Трусов, П.В. Многоуровневые модели в физической мезомеханике металлов и сплавов: результаты и перспективы / П.В. Трусов, А.И. Швейкин, Н.С. Кондратьев, А.Ю. Янц // Физическая мезомеханика. – 2020. – Т. 23. – № 6. – С. 33-62. DOI: 10.24411/1683-805X-2020-16003.
33. Федоренков, Д.И. Методика определения констант и параметров модели накопления повреждений с изотропным и кинематическим упрочнением / Д.И. Федоренков, Д.А. Косов, А.В. Туманов // Физическая мезомеханика. – 2022. – Т. 25. – № 6. – С. 63-74. DOI: 10.55652/1683-805X202225663.