Приведены результаты исследований поведения при высокотемпературной деформации крупнозернистой керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3, полученной спеканием в вакууме и мелкозернистой того же состава, но полученной спеканием на воздухе. Показано, что спеченные в вакууме крупнозернистые материалы имеют высокую стойкость к высокотемпературной ползучести.

Исследованиями установлено, что отжиг плазмохимического порошка ZrO2, стабилизированного 3 мол. % V2O3 при температуре 1200С в течение 1 ч., приводит к повышению его насыпной плотности, уменьшению удельной поверхности и в результате повышению механических свойств спеченного материала.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования суперсплава на основе Ni-Cr-Al. Исследовался суперсплав, приготовленный методом направленной кристаллизации, в исходном состоянии и после ползучести в течение 10 ч при Т = 1100 °С, сигма = 100 МПа. Установлено, что фазами, формирующими сплав, в обоих состояниях являются гамма- и гамма'-фазы на основе ГЦК-кристаллической решетки; гамма'-фаза имеет упорядоченное расположение атомов (сверхструктура L1 2) и во всех состояниях является основной. Изучены фазовый состав и морфология фаз. Проанализировано изменение фазового состава и размеров частиц фаз в результате ползучести. Установлено влияние высокотемпературной ползучести на структуру суперсплава.

Методами ИК-спектроскопии, РФА с применением кинетических исследований и термодинамического моделирования разработан и реализован в виде методики атомно-эмиссионного анализа материаловедческий подход, позволяющий с учетом фазовых превращений экспрессно проводить аналитический контроль материалов на основе ZrO2.

Изучено поведение нанокристаллического порошка диоксида циркония при прессовании и спекании. Установлено, что даже при небольшом давлении прессования 50 МПА, происходит интенсивное разрушение структурных элементов порошка. Активное взаимодействие нанокристаллических частиц на стадии нагрева приводит к формированию пористого каркаса, устойчивого к дальнейшему уплотнению при изотермической выдержке в процессе спекания.

В работе представлены результаты исследований структуры и механического поведения пористой керамики, получаемой из нанокристаллического порошка частично стабилизированного диоксида циркония, предназначенной для использования при эндопротезировании костной ткани. Получена керамика с пористостью, способной обеспечить биомеханическую связь на границе раздела костная ткань – имплантат. Показано, что наличие микромеханической неустойчивости пористого керамического каркаса существенно увеличивает предельную деформацию получаемой керамики, что открывает новые возможности в использовании высокопористой керамики для замещения костной ткани.??.

Исследованы структура и механические свойства керамических композитов. как с равномерной зеренной структурой, так и с волокнами a-Al2O3 в матрице ZrO2, формирующиеся в результате низкотемпературного отжига и последующего спекания на воздухе. Установлено, что в керамике имеющей микроструктуру с волокнами, наряду с действием традиционного трансформационного механизма упрочнения, характерно упрочнение за счет отклонения трещин волокнами оксида алюминия, способствующее формированию высоких прочностных свойств.

Сделан обзор экспериментальных исследований влияния диффузионных потоков атомов примеси из покрытия на деформационное поведение объемных субмикрокристаллических металлических материалов, полученных воздействием интенсивной пластической деформации, при ползучести в интервале температур (0.2–0.3)Tпл (Tпл — температура плавления). Обсуждаются физические причины сдвига температурного интервала проявления эффекта ускорения ползучести субмикрокристаллических металлов, связанного с воздействием потоков атомов примеси из покрытия, в сторону более низких температур по сравнению с крупнозернистыми металлами. Анализируется роль мезоскопического механизма деформации — зернограничного проскальзывания — в реализации эффекта ускорения ползучести субмикрокристаллических металлов в условиях воздействия диффузионными потоками атомов примеси из покрытия в интервале температур T < 0.3Tпл.

Анализ изменения предела текучести sigmaT в В2(CsCl) интерметаллических соединениях в зависимости от температуры показывает, что при конструировании новых материалов на основе этих соединений необходимо учитывать энергетические характеристики вакансий. В зависимости от соотношения между энергией активации образования вакансий EV и их миграции Еm в этих соединениях на процессы упрочнения с повышением температуры могут влиять либо вакансии, либо точечные дефекты замещения.??.

На основе динамических уравнений полевой теории дефектов получены зависимости, описывающие кривые ползучести и связь внешне приложенного напряжения и времени до разрушения системы при разных режимах деформирования. Установлены закономерности изменения длительности процессов ползучести при варьировании внешних параметров, в качестве которых рассматриваются напряжения и начальная скорость деформации и характеристик материала - предельно допустимой деформации, определяющей разрушение.

Привлечены динамические уравнения полевой теории дефектов для анализа закономерностей ползучести, что позволило получить ряд интересных результатов, часть из которых согласуется с известными экспериментальными данными, другие являются принципиально новыми. В частности, установлен факт существования критического значения приложенного напряжения и неустойчивой стационарной скорости ползучести, которые разделяют режимы устойчивой и неустойчивой ползучести и могут иметь важное практическое значение.

В рамках полевой теории на основе уравнений эволюции плотности потока однородно распределенных дефектов предложено описание закономерностей ползучести. В случае одноосного деформирования под действием постоянного напряжения установлены существование некоторого критического напряжения, имеющего значение предела устойчивой ползучести, и наличие двух режимов деформирования в зависимости от величины внешней нагрузки. Определен интервал времени до момента разрушения системы в процессе неустойчивой ползучести при напряжениях больше критического и начальной скорости, превышающей значение неустойчивой стационарной скорости.

Исследованы закономерности высокотемпературной ползучести и эволюции субструктуры в условиях свободного отжига и при ползучести дисперсно-упрочненного сплава Ni-3 об.% HfO2 с предварительно сформированной полигонизованной субструктурой. Проведен анализ структурных превращений на различных структурных уровнях и механизма высокотемпературной ползучести исследованного сплава.

Исследована ползучесть и обратное последействие при испытаниях на трехточечный изгиб теплостойкой стали 12Х1МФ в интервале температур 500-625 градусов. Показано, что в данном температурном интервале имеет место эффект Горского по углероду, определяющий скорость ползучести на ее начальной стадии. Методом вычитания кривых обратного последействия из кривых ползучести произведено разделение диффузионной ползучести, связанной с эффектом Горского, и дислокационной ползучести.

Исследована ползучесть поликристаллического железа в широком интервале скоростей деформации при наличии зернограничных диффузионных потоков никеля. Показано, что наличие потоков приводит к появлению ступенчатой сигмоидальной зависимости скорости установившейся ползучести от приложенного напряжения с показателем скоростной чувствительности m › 0,3. Анализируется взаимосвязь режима зернограничной диффузии величины показателя m.

Исследована ползучесть тонких образцов молибдена в широком интервале скоростей деформации при воздействии зернограничными диффузионными потоками никеля из внешнего источника (покрытия). рассмотрено влияние толщины разупрочненного (за счет диффузионных потоков) слоя на характер зависимости lg σ - lg ε. Проведен анализ влияния режима зернограничной диффузии примеси на величину показателя скоростной чувствительности и зависимость скорости миграции границ зерен от внешних напряжений.

Проведен оже-спектральный анализ состояния границ зерен молибдена после отжига без нагрузки и при ползучести в условиях диффузионного контакта с никелем. Показана возможность анализа режима зернограничной диффузии и мигрирующих границах путем определения концентрации примеси в них после испытаний. анализируются причины изменения показателя скоростной чувствительности и проявления сверхпластичных свойств молибдена при ползучести в указанных условиях.

С использованием метода дифракции обратнорассеянных электронов (англ. EBSD) проведены исследования эволюции зернограничного ансамбля поликристаллического никеля в условиях ползучести при температуре 823 К. Установлено, что при малых степенях деформации наблюдается распад двойниковых границ зерен ∑3 с образованием специальных границ зерен ∑9 и ∑27. Показано, что с увеличением степени деформации происходит существенный рост малоугловых разориентировок в материале, сопровождающийся снижением доли специальных границ зерен вследствие их взаимодействия с решеточными дислокациями.

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.

Изучено явление макролокализации деформации для широкого круга материалов (стали, сплавы, чистые металлы, керамика) с различной кристаллической структурой. С помощью акустического комплекса были получены координаты источников сигналов акустической эмиссии. Методом эволюционного распределения полей координат показано, что на всех стадиях пластической деформации наблюдается периодичность координат источников сигналов акустической эмиссии. Измерены скорости перемещения полос макролокализации для некоторых видов сталей. Предложенный метод позволяет экспериментально исследовать кинетику процессов локализации непосредственно в процессе деформации.

Исследованы морфология, фазовый состав и параметры кристаллической структуры порошков твердого раствора на основе циркония с разным количеством стабилизирующей добавки MgO, полученных плазмохимическим синтезом.

Изучено влияние механической обработки в мельнице на морфологию частиц и свойства ультрадисперсного порошка ZrO2 + MgO (3 мас.%), структуру, и свойства получаемой из него керамики. Показано, что низкоэнергетическая механическая обработка тонкодисперсного порошка позволяет существенно сократить в нем долю агрегатов, что в свою очередь приводит к уменьшению размеров зерна в получаемой керамике, увеличению ее плотности и прочности.

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.

Исследована структура корундовой керамики на основе порошков различной дисперсности, получаемых промышленным методом и методом денитрации солей алюминия в плазме высокочастотного разряда. Установлено, что увеличение содержания плазмохимического порошка Al2O3 в системе приводит к смене характера поровой структуры корундовой керамики от высокопористого керамического каркаса с развитой системой каналообразующих пор к керамике с изолированной пористостью. Изменение вида поровой структуры происходит при пористости 50% и сопровождается ростом микроискажений и дроблением кристаллитов. Показано, что с увеличением температуры спекания происходит рост кристаллитов в среднем в два раза, при этом происходит отжиг дефектов по их границам.

Исследовано влияние примесей замещения и вакансий на электронную структуру и оптические свойства кубического диоксида циркония. Показано, что наличие кислородных вакансий обусловливает появление дополнительных вакансионных состояний вблизи уровня Ферми, тогда как примесные атомы дают пренебрежимо малый вклад в состояния валентной зоны и дна зоны проводимости, и их влияние на кристалл носит в основном электростатический характер. Достигнуто понимание причин, способствующих стабилизации высокотемпературных фаз ZrO2 при добавлении Y2O3 и MgO. Получено хорошее согласие с экспериментальными рентгеновскими фотоэмисионными спектрами и оптическими характеристиками.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

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.

Проведены исследования влияния гранулометрического состава порошка диборида циркония на структуру и фазовый совав керамики на его основе, получаемой методом горячего прессования. Показано, что разрушение агломератов при размоле порошка диборид циркония позволяет существенно уменьшить пористость образцов после горячего прессования. При этом определен оптимальный размер частиц порошка, обеспечивающий плотность прессовки, близкую к теоретической.

Проведено рентгенографическое исследование поверхности трансформационно-упрочненной керамики Y-TZP после трения без смазочного материала по стали в широком диапазоне скоростей (0,2-11,1 м/с). Выявлены основные тенденции изменения отношения интенсивностей I(002)/ I(200) линий тетрагональной фазы ZrO2 в зависимости от скорости скольжения и от размера зерна керамики. Обсуждены механизмы, ответственные за переориентацию решетки при разных скоростях скольжения.

Исследованы структура и механические свойства керамических композитов ZrO2-Y2O3-Al2O3 с волокнами a-Al2O3, сформированными в результате низкотемпературного отжига и последующего спекания на воздухе, в матрице ZrO2. Предел прочности на изгиб, твердость по Виккерсу и вязкость разрушения спеченных композитовZrO2-Y2O3-Al2O3 с волокнами достигали 600 МПа, 10.8 ГПа и 9 МПахм, соответственно.

Приведены экспериментальные данные по определению прочностных характеристик и усталостной долговечности образцов из конструкционной оксидной керамики на основе Zr02. Образцы получены при прессовании в пресс-формах мелкокристаллического порошка системы Zr02-Mg0 с последующим спеканием при температуре 1600 °С и выдержкой 1 ч. Для исследуемых образцов определены значения предела прочности при изгибе 43 МПа и модуля упругости 22 ГПа. Результаты усталостных испытаний исследуемых керамических образцов имеют большой разброс, предел выносливости до 105 циклов определен в диапазоне 33-34 МПа. Для выявления дефектности внутренней структуры композита предложен метод неразрушающего контроля с использованием трехмерной рентгеновской томографии.

Описаны конструкции и программное обеспечение установки для испытаний на низкотемпературную ползучесть высокопластичных металлов и сплавов с относительно низкими температурами плавления. Установка позволяет регистрировать кривые ползучести с записью в компьютерный файл, а затем выполнять анализ полученных зависимостей. Приведен пример использования установки для исследования влияния поверхностных зарядов на ползучесть технически чистого алюминия при комнатной температуре.

Экспериментально исследовано влияние электрического потенциала на скорость ползучести алюминия. Произведено сравнение влияния собственно электрического потенциала, подаваемого на образец, и потенциала, возникающего из-за контактной разности потенциала при присоединении семи различных металлов с иной работой выхода электрона. Обнаружена качественная эквивалентность этих двух типов электрического воздействия.

Представлены результаты исследований влияния электрического потенциала на процесс низкотемпературной ползучести поликристаллического алюминия. Выполнен сравнительный анализ воздействия собственно электрического потенциала, подаваемого на образец, и потенциала, возникающего из-за контактной разности потенциалов при присоединении металлов с иной работой выхода электрона. Обнаружена качественная эквивалентность этих двух типов электрического воздействия.

Продолжено математическое обоснование перспективности концепции об инициации смещений в разломно-блоковых средах для локального снижения упругой энергии и понижения сейсмической опасности. Для численного моделирования системы используется минималистический вариант опубликованной авторами ранее модели, основанной на рассмотрении динамики наползания одной тектонической плиты на другую. Эта модель достаточно хорошо описывает статистику поведения геологических сред и позволяет извлечь корреляции в продвижении динамически активного фронта. Обнаруженные корреляции использованы для подбора оптимальных сценариев слабых локальных энергетических воздействий. В результате существенно повышается эффективность таких воздействий при переводе движения блоков из режима "stick-slip" в режим ползучести, при котором средняя энергия сейсмических ударов значительно уменьшается и становится принципиально возможным "подавление" сильных землетрясений.

В работе выполнены исследования низкотемпературной ползучести поликристаллических алюминия и меди. В качестве внешнего энергетического воздействия использовано подключение малых электрических потенциалов и воздействие контактной разностью потенциалов. Для установления изменения состояния поверхности материала вследствие энергетических воздействий выполнен комплекс исследований с применением методов микро- и нанотвердости. Установлены закономерности, демонстрирующие влияние приложенных электрических воздействий и дано их объяснение.