Изучено поведение при сжатии керамики AI2О3 с объемом порового пространства от 35 до 60% с иерархической поровой структурой трех видов: крупной пористости размером 80—100мю m, мелкой пористости размером 14— 15мю m и промежуточной межблочной пористости, включающей протяженные (110—120мю m) поровые микроканалы, образованные в результате зонального обособления при спекании. Показано, что полученная иерархическая поровая структура обусловливает формирование иерархической деформационной структуры в объеме керамики и приводит к понижению масштаба процессов разрушения от макроскопического в случае унимодальной керамики до микромасштабного разрушения, сравнимого с размерами сформировавшихся при спекании блоков.

Предлагается физическая и математическая модель, позволяющая конструировать функционально градиентные материалы, в том числе и пористые, исследовать их деформирование и разрушение при интенсивных импульсных нагрузках. На основе развиваемых в работе представлений, базирующихся на теории мезоскопических явлений академика В. Е. Панина, проведено численное исследование особенностей распространения ударных волн и трансформации энергии падающего импульса в материалах с градиентным распределением физико-механических свойств. Проведены тестовые расчеты по оценке достоверности изложенной модели.

Исследовано поведение при деформации сжатием и сдвигом пористых, 10-70 %, образцов из оксида алюминия и диоксида циркония. Анализ кривых «напряжение - деформация» показал, что имеет место переход от типично хрупкого разрушения для относительно плотных образцов обоих составов до псевдопластичного при высоком уровне пористости. Значения предела прочности при сжатии, эффективных модулей упругости и сдвига, а также коэффициента Пуассона уменьшаются с увеличением объёма порового пространства керамических образцов, что коррелирует с появлением в них множественного растрескивания, формирующегося в ходе деформации.

Предложен подход к многоуровневому описанию деформации и разрушения хрупких пористых сред с одним максимумом на гистограмме распределения пор по размерам в рамках метода подвижных клеточных автоматов. Подход основан на определении эффективной функции отклика клеточного автомата прямым моделированием представительного объема пористой среды. Разработана иерархическая модель механического поведения керамики на основе ZrO2 с размером пор соизмеримым со средним размером зерна при сдвиговом нагружении и одноосном сжатии. Исследованы возможности разработанного подхода по учету неоднородности пространственного распределения прочностных свойств пористых сред путем изменения параметров межавтоматного взаимодействия по стохастически выбранным направлениям. Показано, что такой способ учета неоднородности открывает широкие перспективы для многоуровнего описания пористых сред с иерархической структурой порового пространства.

Методом подвижных клеточных автоматов проведено численное моделирование деформации и разрушения пористых керамических материалов с различными типами регулярной, а также стохастической структуры порового пространства при одноосном нагружении. Проанализировано влияние структуры пор на динамику зарождения и развития повреждений. Отмечена корреляция между эффективной жесткостью пористых образцов и скоростью накопления повреждений в них. Полученные результаты позволяют говорить о возможности квазивязкого разрушения хрупких материалов, обусловленного исключительно структурой порового пространства.

Проведено исследование деформационного поведения крупнозернистого и субмикрокристаллического технически чистого титана. Основной особенностью поведения СМК-материала является наличие на диаграммах нагружения продолжительного участка предразрушения, где деформирование происходит практически без упрочнения. На этой стадии наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные домены локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места разрушения. Установлено, что в СМК-титане локальная и глобальная потеря устойчивости пластического течения еще до начала формирования макроскопической шейки, т. е. локальная потеря устойчивости происходит сравнительно рано, хотя на глобальном уровне материал продолжает деформироваться квазиоднородно. Полученные результаты могут быть использованы для корректировки режимов обработки давлением наноструктурных и субмикрокристаллических материалов.

Рассмотрены современные методы исследования структуры. фазового состава, механических и физико-химических свойств стеклокристаллических материалов и керамики, повергшихся различным воздействиям. Изучены структура. механические и физико-химические свойства литиевоалюмосиикатных фотоситаллов, модифицированных добавками оксидов щелочноземельных металлов. Приведены результаты исследования механических, термических, диэлектрических и технологических свойств светочувствительных стекол и фотоситаллов после введения оксидов щелочных металлов и оксида алюминия. определены условия аморфизации стеклокристаллических материалов и керамики, подвергшихся обработке лучами лазера. Книг может быть полезна исследователям, занимающимся разработкой новых аморфно-кристаллических конструкционных материалов, материаловедам, а также аспирантам и студентам вузов соответствующих специальностей.

Измерена фрактальная размерность поверхности пористой керамики. Полученная зависимость от объема порового пространства имеет два излома, отражающие изменение характера пористости от изолированных пор до сообщающихся поровых кластеров. что позволяет получить корреляцию с известными особенностями в поведении пористых тел.

Исследована поровая структура и ее влияние на механическое поведение керамики с пористостью, изменяющейся в широких пределах (от 0 до 70 %). Показано, что существует критическое значение пористости, при котором характер деформирования принципиально изменяется: материал разделяется на две подсистемы, по-разному деформирующиеся под действием внешнего нагружения. При этом происходит потеря устойчивости малозвенных стержневых структур, сформированных при спекании пористого тела, причем возможна их значительная макродеформация как структурных элементов, осуществляемая в упругой области. Обнаружена корреляция между размерами кристаллитов и пористостью, связанная с переходом поровой структуры из изолированной в сообщающуюся, а пористость 20 % соответствует первому порогу перколяции.??.

Изучено влияние холодной пластической деформации прокаткой на термостабильность структуры, механические свойства и деформационное поведение при растяжении и ползучести ультрамелкозернистого титана. Обсуждается влияние структурного состояния на характер локализации деформации на мезо- и макромасштабных уровнях при растяжении и ползучести.??.

В работе исследовано механическое поведение при активной деформации сжатием керамики на основе диоксида циркония. Деформационные диаграммы имеют нехарактерный для хрупких консолидированных материалов прогиб вниз. Показано, что отклонение от линейности в деформационном поведении не связаны с перемещением микрообъемов материала, имеет место только упругая деформация. Полученные результаты характеризуют отклик образца, представляющего собой деформируемую систему, образованную в результате технологического процесса "прессование - спекание", на одноосное нагружение. Обнаруженный эффект механической микронеустойчивости ячеистой микроструктуры, образованной вследствие разрушения сферических частиц, составляющих исходный порошок, приводит к механической устойчивости макроскопических структурных элементов.

В монографии с единых позиций вычислительной технологии последовательно от математических моделей сред, численных методов и решения конкретных практических задач изложены основные аспекты, позволяющие изучать физические процессы, возникающие при высокоскоростном взаимодействии тел. Книга предназначена для специалистов в области механики, вычислительной математики и физики пластичности и прочности материалов.

Проведены исследования деформирования пористой керамики на основе нанокристаллического диоксида циркония. Показано, что накопление микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону. Существует прямая корреляция между макронапряжениями и локальными (мезоскопическими) параметрами распределения деформаций, области равномерного накопления деформации чередуются с ее резкими изменениями, приводящими сначала к локальному, а затем к макроразрушению всего материала.

Исследованы закономерности накопления остаточной деформации и эволюции микроструктуры при усталостном нагружении титана технической чистоты ВТ1-0 и сплава ВТ6 в состояниях поставки и после воздействия интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования. Показано, что изменение микроструктуры в результате равноканального углового прессования приводит к замедлению скорости накопления остаточной деформации при циклическом нагружении и к повышению предела выносливости. На основании экспериментальных данных сделаны выводы о возможных механизмах повышения усталостных характеристик титановых сплавов, полученных интенсивной пластической деформацией.??.

В монографии рассматриваются пористая структура, методы ее исследования и классификация, основы технологии производства, контроль качества и применение материалов на основе углерода-высокопористых углеграфитовых материалов и активных углей. Особое внимание уделено высокопористым углеродным материалам, появившимся в последнее время (углеродные микросферы, войлок). Приводятся справочные данные по некоторым видам высокопористых углеродных материалов, выпускаемых отечественной химической и электродной промышленностью. Книга рассчитана на производственно-технических и научных работников химической промышленности, металлургии, электрохимии и смежных с ним отраслей технологии; она может также служить пособием для преподавателей и студентов химико-технологических специальностей вузов.8.

В монографии представлены результаты исследований по одному из основных научных направлений "Фундаментальные закономерности, физико-математические и структурные модели синтеза и функциональные свойства нанокристаллических частиц, материалов и покрытий" Научно-образовательного центра Томского госуниверситета "Физика и химия высокоэнергетических систем", организованного по гранту Фонда гражданских исследований и развития (CRDF) российско-американской программы "Фундаментальные исследования и высшее образование" (BRHE). Исследования посвящены проблемам синтеза наночастиц в конденсированных средах, компьютерному моделированию формирования биметаллических нанотрубок и их поведения в условиях внешних воздействий, закономерностей деформации и разрушения наноматериалов при динамическом нагружении, экспериментальным исследованиям механических свойств нанокристаллических металлических и керамических материалов при различных условиях нагружения. Для специалистов в области создания нанотехнологий и наноматериалов конструкционного назначения, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Учебное руководство создано известными специалистами из Кембриджского университета. Подробно рассмотрены механические свойства и микроструктуры металлов и сплавов, полимеров, керамик и композитов. Особое внимание уделено характеристикам прочности для различных режимов нагружения, коррозионной стойкости и процессам обработки. На многочисленных примерах дается обоснование инженерных расчетов, необходимых для конструирования в самом широком спектре применений. Учебник является незаменимым источником для инженеров-проектировщиков в промышленности и строительстве по всем направлениям материаловедения и не имеет аналогов в мировой литературе. Для студентов и преподавателей материаловедческих, машиностроительных и общетехнических факультетов, разработчиков, конструкторов и технологов.

Использование тонкодисперсного гидратированного оксида алюминия позволяет извлекать галогены из природных вод и удалять галогенсодержащие загрязнения из растворов. Показано, что процессами адсорбции галогенид-ионов на Al2O3 можно управлять при изменении pH среды, модифицировании поверхности адсорбента, наложении физических воздействий.

Исследовано влияние отжигов и последующей низкоэнергетической механической обработки в шаровой мельнице на морфологическое строение, фазовый состав, площадь удельной поверхности и удельного объема нанопор плазмохимических порошков ZrO2-Al2O3-Y2O3. Показано, что превращения, происходящие в порошке под воздействием температуры и механической обработки, приводят к изменению площади удельной поверхности и удельного объема нанопор.

В монографии рассмотрены вопросы течения пластовых и применяемых в нефтедобыче гетерогенных систем в однородных и неоднородных пористых средах. Приведены экспериментальные и теоретические исследования фильтрации полимерных растворов, нефтяных дисперсных систем и газированных жидкостей в докритической области. Предложен механизм наблюдаемых явлений, модели стационарной и нестационарной фильтрации гетерогенных систем, дано сравнение результатов моделирования с экспериментом и промысловыми данными. Подробно описано образование докритических нанопузырьков-зародышей в газозожидкостных смесях, сопутствующий эффект проскальзывания, условия его возникновения и влияние на процесс псевдоожижения и фильтрации газированных ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Приведены исследования образования фрактальных структур и течения фрактально-неоднородных систем, а также фильтрации во фрактально-неоднородных пористых средах. Рассмотрены волновые процессы при вибровоздействии на пластовые системы, а также вопросы применения вейвлет преобразования для решения задач подземной гидродинамики. Книга предназначена научным работникам, инженерам-нефтяникам, аспирантам и студентам соответствующих вузов.

Проведено исследование деформационного поведения рекристаллизованного цирконий-ниобиевого сплава Э125 на макроскопическом уровне. Проанализирована эволюция пространственно-временных распределений локальных деформаций на всех стадиях кривой деформационного упрочнения. Установлено, что на стадии предразрушения наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации практически неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные зоны локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места разрушения. Кинетика очагов локализации деформации позволяет оценивать время жизни образца и координаты места разрушения.

Исследованы свойства керамики, полученной из смесей с различным соотношением крупно- и нанокристаллических порошков оксида алюминия. Показано, что увеличение содержания плазмохимического порошка приводит к активации диффузионных процессов в процессе спекания и росту плотности образцов, особенно при низких плотностях прессовок и при высоких температурах спекания. Установлена линейная зависимость пористости от усадки для исследуемой керамики.

Представлены результаты систематического анализа атомной и электронной структуры границ раздела для двух серий изоэлектронных металлов в зависимости от окончания оксидной подложки и конфигурации металлических пленок. Расчеты выполнены методом псевдопотенциала в плосковолновом базисе. Рассчитана энергия адгезии металлических пленок в зависимости от плоскости разрыва. Показано, что энергия адгезии максимальная на кислородном интерфейсе, что обусловлено ионной составляющей в химической связи на данной границе раздела. Для алюминиевого и обогащенного алюминием интерфейса характерен металлический тип связи. Проведен анализ локальных плотностей электронных состояний и зарядового распределения вблизи границ раздела. Показано, что появление кислородных вакансий на границах раздела существенно ослабляет адгезию за счет частичного разрыва Me-O-связей.

Представлено теоретическое обоснование исследования адсорбции 3d-металлов, в ряду от Ti до Cu на поверхности a-Al2O3(0001). Рассмотрено влияние адсорбатов на атомную и электронную структуру поверхности оксида алюминия. Рассчитаны значения энергии адсорбции и определены равновесные положения адатомов на поверхности. Проведен сравнительный анализ свойств и механизмов взаимодействия 3d-металлов с атомами подложки.

Исследованы свойства оксигидроксидов алюминия (ОГА), полученных окислением электровзрывного ультрадисперсного (нано-) порошка алюминия водой (55 оС) с последующим прокаливанием исходного образца в температурном интервале 100-1150 оС. Такие материалы нашли применение в качестве высокоэффективных адсорбентов для тонкой комплексной очистки воды. С использование методов рентгеноструктурного, термического анализа и порометрии определены основные структурные характеристики образцов. Установлено, что исходный ОГА содержит две модификации - псевдобемит и байерит. В зависимости от условий термообработки наблюдаются следующие фазовые переходы: байерит -n-Al2O3 -Q-Al2O3 - a-Al2O3 и псевдобемит -y-All2o3 - b-Al2O3 - Q-Al2O3 - a-Al2O3. Оксигидроксиды, полученные при относительно низких температурах прокаливания, характеризуются высокой удельной поверхностью и наличием микропористой структуры. Повышение температуры прокаливания приводит к исчезновению микропор и увеличению объема и размера мезопор.

Монография посвящена исследованию структуры и свойств интерметаллида Ti3Al, который является важной составляющей ряда многофазных сплавов, перспективных для применения в аэрокосмической промышленности в качестве жаропрочных и жаростойких материалов. Уникальные природные свойства алюминидов титана - низкая плотность, высокая температура плавления, стабильные модули упругости и повышенные прочностные характеристики - обусловливают постоянно растущий интерес к этим интерметаллидам, связанный с решением фундаментальных и технологических проблем. Систематизирован богатый литературный материал и итоги комплексного (экспериментального и теоретического) изучения механических свойств, дислокационной структуры, особенностей разрушения монокристаллического Ti3Al в широком интервале температур. Предложен общий подход к объяснению закономерностей деформационного поведения исследуемого интерметаллида на основе анализа структуры ядра свехдислокаций. Особое внимание обращается на взаимосвязь между наблюдаемыми температурными аномалиями механических свойств и дислокационными превращениями. Приоритетные результаты компьютерного моделирования структуры ядра скользящих и заблокированных конфигураций сверхдислокаций получены с использованием метода молекулярной динамики. Этот перспективный способ применяется авторами также для оценки критерия хрупкого разрушения Ti3Al из анализа соотношения конкурирующих процессов: склонности материала к сколу и пластической релаксации напряжений вблизи вершины трещины. Книга предназначена для научных работников и инженеров, занимающихся разработкой и изучением интерметаллидов и сплавов на их основе, а также преподавателей, аспирантов, магистров и студентов старших курсов, изучающих современные методы исследований в материаловедении, в том числе моделирование атомной структуры реальных кристаллов. Материалы, которые вошли в монографию, частично использовались в курсе лекций для магистров физико-технического факультета УГТУ-УПИ.

Проанализированы и систематизированы физико-химические процессы при формировании материалов с нанокристаллической и аморфной структурой при плазменном напылении. Эти материалы формируются при раздельном затвердевании на подложке напыляемых частиц дискообразной формы. Значительные градиенты по температуре и скорости плазменной струи наследуются напыляемыми частицами и структурой полученного материала. Разработаны и исследованы способы плазменного напыления покрытий из проволоки и порошка с более узкими пределами энергетического состояния напыляемого материала. что увеличивает однородность их структуры и механических свойств. Однородность структуры покрытия повышается при использовании специальной насадки, выравнивающей температур напыляемых частиц и полностью устраняющей тепловое действие плазменного потока на формируемое покрытие. Разработанный способ напыления применили для формирования ряда материалов со специальными физическими свойствами в нанокристаллическом и аморфном состоянии. ВТСП материалы на основе меди и висмута получали при термообработке напыленных аморфных полуфабрикатов. Сплавы на основе кобальта использовали для напыления аморфных магнитно-мягких покрытий для защиты электронной аппаратуры от электромагнитного излучения. Плазменные покрытия рассмотрели как металлургический полуфабрикат, механических свойства. которого могут быть улучшены термопластической обработкой при высоких скоростях нагрева и охлаждения. Аморфные покрытия из высоколегированных чугунов переводили в нанокристаллическое состояние при последующей термопластической обработке. Регулирование температуры и времени пребывания напыляемого материала в жидком состоянии при плазменном напылении позволило сформировать керметные материалы, TiCN - NiMo, упрочненные наноразмерными фазами. Получены систематические данные по легированию напыленной алюминиевой матрицы переходными металлами. Такие алюминиевые сплавы позволяют повысить рабочую температуру волокнистого композиционного материала Al - В до 670К. Потребность в материалах с высокой пористостью и прочностью реализовали в принципиально новых трехмерных капиллярно-пористых покрытиях, которые уже успешно используются на поверхности внутрикостных имплантатов.

Рассмотрены теоретические основы микромеханизмов дисперсионно твердеющих сплавов и даны практические рекомендации для их расчетов, разработки и исследования. Оценены преимущества этих сплавов как конструкционных материалов при их использовании в условиях низких и высоких температур. Для научных и инженерно-технических работников. занятых разработкой и исследованием дисперсионно твердеющих сплавов, а также специалистов в области физики твердого тела.

Методами низкотемпературной адсорбции азота, термического и рентгенофазового анализов исследованы образцы сорбентов на основе термически активированного осадка обезжелезивания подземных вод (отхода водоподготовки). Установлено, что данный осадок представляет собой материал с развитой пористой структурой (удельная поверхность исходного образца составила 229.9 м2/г); при прокаливании до 300 оС удельная поверхность образцов снизилась в 1.6-1.7 раза, объем сорбирующих пор увеличился в ~ 1.6 раза. Показано, что материал осадка представлен, главным образом фазами железа; повышение температуры прокаливания способствует увеличению глубины кристаллизации основной фазы - a-Fe2O3.

Образцы порошковой стали ШХ15, восстановленной из шлифовального шлама подшипникового производства, были спечены в графитовом контейнере на воздухе после предварительного прессования при давлениях 1-N300 МПа. Показано, что пористость и удельное электрическое сопротивление спечённых продуктов уменьшались при увеличении давления предварительного прессования. Спечённые продукты имели заданную пористость более 50%. Механические свойства спечённых образцов (твердость и предел прочности при изгибе) увеличивались при увеличении давления предварительного прессования. Было обнаружено, что образцы имели низкую пластичность и высокую твердость (до 0,9 ГПа). Предположено, что высокая твердость при высокой пористости обусловлена образованием цементита и оксидов железа в пористом стальном каркасе в процессе спекания. Это предположение подтверждается также высоким удельным электросопротивлением (выше 100 мкОм*м) спечённых образцов. Сухое скольжение спечённой стали не вызывало заметного разрушения поверхности трения медного контртела, т.к. изнашивалась сама сталь. Интенсивность сухого изнашивания спечённых образцов увеличивалась до очень высоких значений (до 50 мкм/км) при увеличении контактной плотности тока до 30 А/см2. Отмечено, что интенсивность сухого изнашивания незначительно уменьшалась при увеличении давления предварительного прессования. Пропитка стального каркаса маслом И-20 позволяла осуществлять граничное трение аналогично самосмазывающемуся подшипнику. Интенсивность изнашивания образцов после пропитки заметно ниже интенсивности изнашивания этих же образцов до пропитки. Кроме того, наблюдалось увеличение допустимой контактной плотности тока до значений 100 А/см2. Увеличение давления предварительного прессования приводило к некоторому уменьшению интенсивности изнашивания. Изменение вязкости смазки не приводило к заметному изменению интенсивности изнашивания. Но увеличение вязкости смазки вызывало уменьшение электропроводности контакта. Характеристики такого скользящего контакта под воздействием электрического тока контактной плотности более 50 А/см2 сравнимы с характеристиками известного токосъёмного композита марки ИЛГТ. Отмечена необходимость корректировать предложенный способ спекания и находить технологические приемы, улучшающие свойства токосъёмного материала типа самосмазывающийся подшипник.