Представлены новые результаты оригинальных исследований, проведенных в различных научных учреждениях и организациях Российской Федерации, стран ближнего и дальнего зарубежья в области слоистых композиционных материалов. Рассмотрены вопросы, касающиеся физико-химические аспектов соединения разнородных материалов, математического моделирования и механики слоистых композитов, структуры, свойств и технологии слоистых композиционных материалов.

В монографии подробно рассмотрены теоретические и прикладные аспекты нового, бурно развивающегося метода получения композиционных материалов - механическое легирование. Обсуждаются такие актуальные проблемы, как создание этим методом аморфных и наноразмерных материалов. Описывается оборудование для механического легирования. Подробно излагаются результаты исследований различных приложений метода. Приводятся данные по свойствам материалов, получаемых методом механического легирования. Для химиков, материаловедов.

В монографии освещены результаты исследования диссипации энергии при колебаниях в листовых материалах со слоистыми покрытиями, волокнистых композитах, материалах с локальными включениями. Описаны методики и установки для экспериментального определения характеристик диссипативных свойств колебательных систем. Представлены инженерные методы расчета декремента колебаний слоистых стрежней, стрежней с одно- и двухслойными покрытиями, композитов с однонаправленными непрерывными волокнами. Приведены обширные данные по диссипативным свойствам конструкционных материалов, в том числе неоднородных, а также листовых материалов со слоистыми покрытиями. Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами демпфирования колебаний и снижения динамической напряженности машиностроительных конструкций.

Работа посвящена исследованию возможностей метода механических воздействий на твердые тела для создания новых материалов и материалов с улучшенными характеристиками. Основная цель работы - установление закономерностей протекания физико-химических процессов в твердых неорганических веществах, возникающих при механохимических воздействиях, а также исследование влияния механической обработки на реакционную способность твердых тел с последующим использованием этих знаний для создания технологий синтеза керамических и композиционных материалов с улучшенными свойствами. В работе предложены методы оценки эффективности механического воздействия на обрабатываемое вещество аппаратов, используемых в качестве химических реакторов, На основе обнаруженных закономерностей разрушения и агрегации твердых тел под влиянием механических воздействий разработаны методы выделения мельчайших частиц твердых веществ и их агрегатов для создания материалов с новыми свойствами.

Представлены результаты научно-исследовательских работ в области получения, исследования и применения нанодисперсных нитридов и оксидов металлов. Приведены физико-химические и технологические характеристики нанодисперсных нитридов и оксидов, синтезированных в плазме дугового разряда низкого давления. Большое внимание уделено применению нанодисперсных порошков в качестве наполнителей полимерных композиционных материалов, позволяющих разрабатывать нанокомпозиционные полимерные материалы с высокими эксплуатационными характеристиками для перспективных отраслей машиностроения. Предназначено специалистам, инженерам, научным работникам, аспирантам, магистрантам, студентам старших курсов, занимающихся созданием, исследованием и внедрением новых перспективных материалов и нанотехнологий.

Систематизированы данные о прочности карбидов, боридов, нитридов, оксидов и других тугоплавких соединений с температурой плавления выше 2500 К. Приведены сведения о температуре плавления, структуре, электронном и дислокационном строении, термических и упругих свойствах, диффузии, рекристаллизации, твердости, вязкости разрушения, ползучести, термопрочности и радиационной стойкости. Обсуждены различные аспекты прочности указанных соединений и рассмотрены методы ее измерения. Для инженерно-технических работников и специалистов металлургической, машиностроительной, авиационной, оборонной, атомной техники, энергетической и других отраслей промышленности.

Книга посвящена полупроводниковым лазерам - эффективным и компактным источникам когерентного излучения, имеющим перспективы широкого практического применения. Основное место в книге уделяется инжекционным лазерам и лазерам с возбуждением быстрыми электронами. Во Введении дается краткий обзор характеристик и сводка полупроводниковых материалов, используемых в лазерах. Первая часть книги содержит анализ механизма излучательной рекомбинации в кристаллах полупроводниковых соединений, некоторых вопросов динамики и основных характеристик полупроводниковых лазеров инжекционного типа. Рассмотрены физические процессы, сопровождающие работу лазера, а также проблемы, возникающие при их практическом применении. Во второй части книги рассматриваются теоретические вопросы и практические применения лазеров с электронными возбуждением; описаны процессы взаимодействия быстрых электронов с кристаллом, образование избыточных носителей тока, процессы взаимодействия когерентного излучения с активной средой в лазерах этого типа при различной геометрии резонатора и пучка, тепловые режимы, динамика генерации и практическое применение лазеров с электронным возбуждением.

Справочник содержит информацию о современных неметаллических полимерных машиностроительных материалах. Он создан авторским коллективом специалистов ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей" под руководством В. Е. Бахаревой и Г. И. Николаева. Справочник обобщает опыт большого научного коллектива и посвящен разработке новых полимерных композиционных материалов, технологии изготовления из них машиностроительных, электротехнических, корпусных деталей, теплозвукоизоляционных, конструктивно- и декоративно-отделочных материалов, а также организации промышленного производства и внедрения их в промышленность. Первая часть справочника посвящена характеристике антифрикционных полимерных материалов в триботехнике. Особое внимание уделено новым антифрикционным высокопрочным углепластикам и конструкциям на их основе. Во второй части справочника подробно описаны электротехнические радиопрозрачные полимерные композиционные материалов (ПКМ). Части третья и шестая посвящены применению звукоизоляционных, конструктивно- и декоративно-отделочных материалов, а в части седьмой - сведения по применению и свойствам лакокрасочных покрытий. Восьмая часть посвящена средствам и системам электрохимической катодной и протекторной защиты. Справочник предназначен для научных, инженерно-технических работников, научно-исследовательских институтов, машиностроительных, в том числе судостроительных и приборостроительных предприятий, работников топливно-энергетического комплекса, энергетического и тяжелого машиностроения, обслуживающего персонала гидротурбин, насосов, судовых механизмов, трубопроводов и арматуры, проектно-конструкторских организаций. Он может быть также использован в качестве учебного пособия преподавателями, аспирантами и студентами университетов.

В монографии подробно рассмотрена область применения композиционных материалов, проанализированы их и физико-механические свойства. Показаны процессы, происходящие в теле стек лопластиковых конструкций при их использовании в нефтедобыче, при креплении и строительстве скважин.??Приведены и проанализированы основные теории расчета композиционных материалов. Предложена комплексная расчетная методика композиционных оболочек вращения, работающих под давлением.??Рассмотрен комплекс технологических мероприятий для крепления скважин стеклопластиковыми обсадными трубами с указанием технологий спуска и цементирования. Рекомендован комплекс ГИС для проведения мониторинговых исследований месторождений на скважинах, обсаженных стеклопластиковыми обсадными трубами в интервале продуктивного пласта.??Может быть использована студентами по специальности «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», «Бурение скважин», «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».??Книга может быть полезна для инженерно-технических работников нефтедобывающих и буровых предприятий.??.

Изучено влияние состояния поверхностного слоя образцов композиционного материала Al + 10 % Al2O3 на локальные характеристики прерывистой текучести и уровень деформирующих напряжений при растяжении. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией физической мезомеханики о важной функциональной роли поверхностного слоя в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе.

Излагается метод получения усредненных моделей упругих композиционных материалов и элементов конструкций с начальными напряжениями. Значительное внимание уделено выводу усредненных моделей неоднородных тонкостенных конструкций из трехмерных уравнений теории упругости. Показано. что все основные классические модели тонкостенных конструкций с начальными напряжениями (пластина, мембрана, балка. струна) могут быть выведены из линеаризованной задачи трехмерной теории упругости с начальными напряжениями путем применения метода асимптотического разложения (усреднения). Рассмотрен ряд неклассических моделей конструкций с начальными напряжениями. Для специалистов в областях механики деформируемого твердого тела, механики композиционных материалов. материаловедения, строительной механики и машиностроения.

В работе предлагается подход к определению эффективных теплофизических величин для дисперсно-наполненного композитного материала. Этот подход во многом аналогичен способу определения деформационно-прочностных характеристик для таких материалов. В том и другом случае решается задача о детальном распределении параметров состояния в расчетной области (по неоднородной среде, моделирующей композит). В случае теплофизических характеристик это распределение температуры, в случае деформационно-прочностных — распределение параметров напряженно-деформированного состояния: перемещений, деформаций и напряжений. Далее проводятся процедуры осреднения, которые сами по себе могут быть различными, а сопоставление осредненных по неоднородной расчетной области параметров с аналогичными данными для условно однородной среды позволяет оценить так называемые эффективные характеристики. Отмечается, что вычисление коэффициента теплопроводности по теории смесей приводит к большим погрешностям.

Приведены результаты теоретического исследования влияния физико-механических свойств поверхностных слоев интерфейсно контролируемых материалов на характер распределения деформаций в объеме образцов, находящихся в сложных условиях нагружения, и на величину их предельной деформации. Показано, что модификация поверхности, связанная с уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела структурных элементов в поверхностных слоях материала, способствует более равномерному распределению необратимых деформаций в объеме образца. Это приводит к росту его предельной деформации.

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 в контакте со стальным диском в диапазоне скоростей скольжения от 10 до 40 м/с при давлении 2 МПа, а также структуры поверхностей трения после испытаний. Установлена область скоростей скольжения (23-30 м/с), в которой наблюдается катастрофическое изнашивание материала. При более высоких скоростях протекает установившееся изнашивание. Показано, что резкое увеличение интенсивности изнашивания (в четыре раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 м/с связано со сменой механизмов изнашивания. Установлено, что приповерхностная область материала WC-сталь 110Г13 имеет многослойное строение, причем слои сильно отличаются по структуре и свойствам.

Исследована эволюция структуры композиционных материалов карбид WC - сталь 80Г4 на разных масштабных уровнях при деформации сжатием.

Проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала на металлической основе. Иерархическое моделирование подразумевает 1) явный учет внутренней структуры композита, как возможности введения масштабного фактора, 2) введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений, дающих возможность описания различных физических процессов и их взаимовлияния, а именно: пластического течения с учетом деформационного упрочнения и разрушения. Критерий разрушения типа Губера учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний - растяжения и сжатия. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Установлено, что даже в условиях одноосного внешнего сжатия в композиционном материале могут возникать локальные области растяжения, величина напряжений в которых имеет существенное значение: порядка 30% от величины сжимающих нагрузок для исследуемого типа структуры. Показано, что незначительная модификация критерия наибольшей интенсивности касательных напряжений применительно к структурно-неоднородной среде позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).

Исследован элементный состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев никеля и титана, легированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на ионно-плазменном, вакуумно-дуговом источнике "Радуга-5". Установлено, что происходит формирование ионно-легированных слоев толщиной до 1000 нм (Ni) и 2000 нм (Ti) в процессе ионной имплантации. Показано, что поверхностные модифицированные слои содержат наноразмерные (средний диаметр 20-70 нм) интерметаллидные фазы Me3Al, MeAl (Me=Ni, Ti) и твердые растворы переменного по глубине состава, соответствующие равновесным диаграммам состояния систем Ni-Al и Ti-Al. Обнаружено, что увеличение дозы облучения титановых мишеней ионами алюминия приводит к росту толщины ионно-легированного слоя и среднего размера зрен интерметаллидных фаз. Установлена обща закономерность в локализации фаз, сформированных в процессе имплантации, по глубине легированных слоев металлов. Поверхностные слои содержат несколько многофазных зон, количество фаз в которых уменьшается по мере удаления о облучаемой поверхности. Область, содержащая интерметаллиды Me3Al, MeAl и наиболее близко расположенная к поверхности, способствует улучшению физико-механических свойств материалов.

Термографическим и рентгенофазовым методами исследован процесс высокоемпературного синтеза интерметаллических композиционных материаловна основе алюминида никеля Ni3Al, проходящий в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистыхжелментов синертными наполнителем. Исследовано влияние инертного компонента а фазовый состав конечного процукта реакции синтеза. Предполагается, что конечный продукт образуется путем ракционной диффузии на стадииостывания термореагирующей порошковой ситсемы. Проведены оценки термокинетических постоянных процессов формиования фаз NiAl и Ni3Al. Определены области оптимальных режимов высокотемпературного синтеза интерметталлического соединения Ni3Al.

В работе рассмотрены физически обоснованные модели пластической деформации и разрушения. Иерархическое моделирование подразумевает явный учет внутренней структуры композита как возможности введения масштабного фактора, введение различных моделей механического поведения пластичных матриц и подложек, хрупких и квазихрупких включений и т.д. для описания разных физических процессов и их взаимовлияния. Проведена серия численных экспериментов по нагружению металлов и сплавов, которые используются в качестве подложки и матрицы при разработке материалов с покрытиями и композитов на металлической основе, в широком диапазоне температур и скоростей деформирования. Предложен критерий разрушения типа Хубера, который учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний: растяжение и сжатие. Исследованы процессы разрушения мезообъемов композита Al–Al2O3 и материалов, поверхностно упрочненных методами электронно-лучевой наплавки и диффузионного борирования, в том числе с градиентным подслоем. Показано, что комплексное механическое поведение композиции как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице/подложке и растрескивания включений/покрытий.

Изложены результаты исследования структуры и свойств порошковых сталей, содержащих дисперсные и наноразмерные фазы, синтезированные при механическом легировании и спекании. Показано, что эти стали обладают повышенной активностью к спеканию, образованию дисперсных упрочняющих фаз и малой склонностью к росту зерна, что обеспечивает качественно новый, более высокий уровень их физико-механических свойств. Установлены закономерности фазовых превращений углеродных фаз различных модификаций в порошковых сталях. Монография адресована научным работникам, инженерам-металлургам и машиностроителям, а также студентам. специализирующимся в области порошковой металлургии, композиционных материалов и материаловедения.

Представлен обзор работ. выполненных в последние годы в физической мезомеханике по системному подходу к описанию деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. на основе теоретических и экспериментальных исследований обосновывается тезис, что поверхностные слои и внутренние границы раздела в нагруженном материале являются важными функциональными подсистемами. Развиваемый подход является основой конструирования материалов новых поколений и методов их упрочнения в современном материаловедении.

Решение задачи строится в постановке, предполагающей выполнение требований к материалу одновременно по нескольким деформационно-прочностным характеристикам. В качестве управляющих параметров принимаются рецептурные характеристики дисперсно наполненной полимерной композиции: степень наполнения композиции компактными армирующими включениям, средний размер включений, уровень адгезионного взаимодействия. Требования к заданным деформационно-прочностным свойствам задаются в виде некоторого интервала, в который они должны попасть. Решение строится путем построения в пространстве состояний поверхностей отклика, отражающих зависимость каждого из задаваемых свойств от управляющих параметров. заданный для каждой характеристики интервал отражается на поверхности в виде двух линий уровня, отвечающих максимальному и минимальному значению, а их проекции на плоских параметров ограничивают область, в которую должны попасть значения соответствующих параметров. Пересечения таких областей определят набор управляющих параметров, придающих композиции заданные эффективные свойства.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2 структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNI с радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.