С использованием метода рентгеновской дифрактометрии исследованы образцы наноматериалов, полученные термообработкой ультрадисперсного порошка молибдена на воздухе в интервале температур 25-650 оС. Изучены закономерности изменения структуры указанных образцов, а именно: фазового состава, средних размеров кристаллитов, микроискажений (микронапряжений) кристаллических решеток последних, а также текстуры.

Методами дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновской дифрактометрии, а также про¬свечивающей и растровой электронной микроскопии исследованы фазовые превращения и стабильность струк¬туры легированного цирконием ультрамелкозернистого сплава системы Al-Mg-Li при нагреве. Установлено, что при повышении температуры в сплаве формируются частицы S-фазы двух типов, отличающиеся структурой кри¬сталлической решетки. Показана важная роль S-фазы в обеспечении высокой термической стабильности ультрамелкозернистой структуры, полученной методами интенсивной пластической деформации.

Приведено краткое исследование изменения фазового состава при спекании композитов на основе подшипниковой стали с добавками карбидов кремния и бора в шихте. Обнаружено полное растворение карбида бора при спекании с образование боридов железа, что привело к исчезновению фрикционных свойств спеченного материала. В композитах, содержащих карбид кремния, эффект растворения фрикционной составляющей частично уменьшается за счет введения крупнодисперсного порошка, что вызывает повышение коэффициента трения.

Изучено влияние состава материала, давления прессования и температуры спекания на фазовый состав, плотность, прочность и электрическое сопротивление пористых проницаемых элементов систем TiC-Al2O3, и TiC-ZrO2 TiC-TiO2.

Получены композиты на основе карбида титана путем компактирования в пресс-форме экзотермической шихты состава (Ti+C) + сталь. Композиты имеют низкую пористость. Металлографическим анализом установлено, что увеличение содержания металла (инерта) в экзотермической шихте приводит к уменьшению размера карбидного зерна до 2 мкм. Появление твердого раствора на межфазной границе в СВС-композитах не обнаружено. Параметр решетки TiC=0,432 нм независимо от содержания инерта. Механическая прочность СВС-продуктов имеет низкое значение в композитах, содержащих медь и сталь Р10Ф1К8М6, и относительно высокое значение в композитах, содержащих железо, нихром и сталь Г13.

В работе изучены керамические образцы, синтезированные из высокодисперсных порошков на основе ZrO2. Методом рентгеноструктурного анализа исследованы параметры тонкой кристаллической структуры и фазовый состав на поверхности после спекания и в объеме. Установлено, что размер кристаллитов слабо зависит от количества стабилизирующий добавки. С увеличением оксид магния в системе происходит уменьшение доли высокотемпературной кубической фазы. В объеме материала во всех образцах наблюдалось уменьшение кубической модификации ZrO2 и возрастание количества моноклинной. Наблюдалось уменьшение размера кристаллитов моноклинного и кубического ZrO2 и возрастание микродисторсии.

Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии на тонких фольгах, растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и локального рентгеноспектрального анализа проведено исследование порошкового сплава ПС-12НВК-01, наплавленного на подложку из стали 20. Определен фазовый состав, изучены дефектная структура и внутренние напряжения. Структура материала изучена до и после введения в расплав нанопорошка Al2O3. Установлено, что введение нанопорошка приводит к морфологически однородной структуре, изменению кристаллической решетки твердого раствора, фазового состава и мест локализации присутствующих карбидов.

Методами просвечивающей дифракционной электронной и растровой микроскопии и методом рентгеноструктурного анализа проведено исследование структуры деформированного при различных температурах (Т) сплава Ni3Al, легированного B и Hf. Сплав был приготовлен методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Исследования выполнены для степени деформации, соответствующей пределу текучести сплава (s0.2). Выбор температуры деформации определялся видом аномальной зависимости s0,2 = f (Т) исследуемого сплава, а именно: 20 и 5900С (до пика предела текучести), 7600С (вблизи пика предела текучести) и 1000°C (за пиком предела текучести). Изучена зеренная структура. Измерены параметр кристаллической решетки и степень дальнего атомного порядка. Определен фазовый состав сплава. Выявлено влияние легирования бором и гафнием на морфологию структуры сплава. Изучена дефектная структура, измерены плотность дислокаций и внутренние напряжения.

Представлена топография поверхности трения модельных контртела на основе карбидостали после скольжения при плотности тока выше 100 А/см2. Определены износостойкость и электросопротивление зоны скользящего электроконтакта композита на основе переработанной стали ШХ15 и контртела, содержащего коррозионностойкую сталь и карбид хрома.

Фазовый состав, тонкая структура интерметаллических покрытий исследована методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. Ионная имплантация покрытия ионами алюминия и бора приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений, размеров зерен и типа дислокационной структуры.

В монографии рассматриваются особенности экспериментальных изображений дефектов структуры монокристаллического карбида кремния, полученных прямыми и неразрушающими физическими методами рентгеновской топографии и поляризационно-оптического анализа. а также приводятся результаты проведенных исследований этого материала. Проводится сравнение информативности различных методов при исследовании карбида кремния и обзор возможностей цифровой обработки экспериментальных изображений дефектов структуры. Предназначается для научных работников, инженеров, преподавателей и студентов. специализирующихся в области физического материаловедения, кристаллофизики и технологии материалов и приборов электронной техники.

Впервые, в одну стадию, методом твердофазной механоативации коммерческого молибденита синтезированы образцы MoS2 с малыми добавками полярных жидкостей. Обсуждаются физико-химические характеристики катализаторов, полученные с привлечением методов седиментационного анализа, РСА, РФЭС, ПЭМ, термического анализа. Обнаружена высокая активность катализатора с малыми добавками метанола в модельной реакции гидрогенолиза дибензотиофена. Показано, что уровень дефектности не определяет гидродесульфирующую способность монокатализаторов в модельной реакции. Исследована взаимосвязь между физико-химических характеристиками катализаторов и их активностью в модельной реакции. Сделаны выводы о маршрутах протекания реакции на основе анализа состава гидродесульфуризатов методом хромато-масс-спектрометрии.

Представлены результаты исследования превращения метана в неокислительных условиях на молибденсодержащих цеолитных катализаторах, приготовленных методом твердофазного синтеза с использованием наноразмерного порошка Мо. Установлены кинетические закономерности протекания процесса при различных условиях реакции дегидроароматизации метана. Показано, что процесс конверсии метана может протекать как во внешнедиффузионной, так и в кинетической области в зависимости от расхода исходного сырья.

В пособии кратко изложен материал, необходимый для понимания методов рентгенографии, используемых для первичной характеристики фазового состава и дисперсности гетерогенных катализаторов, в том числе бифункциональных оксидных систем, а также дается понятие о возможностях прецизионных методов современной порошковой рентгенографии, необходимых при более детальном исследовании структурных характеристик катализаторов, Для студентов, аспирантов и исследователей в области катализа, использующих физико-химические методы для характеристики гетерогенных катализаторов.

Исследована микроструктура, фазовый и элементный состав металла паяного шва и прилегающих диффузионных зон, возникающих при контактно-реактивной пайке титана через прослойки из никеля, малоуглеродистой стали и никелевого сплава 79НМ. На основе результатов структурных исследований и измерений микротвердости обсуждается проблема надежности паяных соединений.

В работе предложена модель формирования покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки с учетом растворения частиц в ванне расплава и зависимости теплофизических свойств материалов от температуры. Процесс растворения описывается на основе формально-кинетического подхода; процессы плавления и кристаллизации- в рамках теории двухфазной зоны. В ходе численного решения задачи определяются фазовый и химический состав образующегося покрытия, размер зоны термического влияния и ванны расплава в зависимости от параметров, характеризующих режим наплавки.

Представлены результаты экспериментального исследования микроструктуры и фазового состава поверхностных легированных слоев никелевой мишени, сформированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на вакуумно-дуговом источнике ускоренных ионов "Радуга-5". Установлено формирование наноразмерных интерметаллидных фаз Ni3Al и NiAl и твердого раствора переменного состава системы Ni-Al.

Проведен жидкофазный синтез образцов гидроксилапатита, в том числе модифицированных карбонат-оином. Определены элементный и фазовый состав продуктов синтеза, их растворимость в воде при 20гр. в сравнении с аллогенным (биологическим) гидроксилапатитом. Установлено, что в продукте синтеза с длительным выдерживанием в маточном растворе соотношение Са/Р наиболее близко к требуемому. карбонатмодифицированные образцы по фазовому составу наиболее близки к аллогенному гидроксилапатиту.

Исследована возможность генерации дефектов структуры в материалах с идеальной кристаллической решеткой в широком температурном интервале при динамическом нагружении. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики с применением многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия, полученных в приближении метода погруженного атома. Показано, что тепловые флуктуации могут приводить к скачкообразному зарождению дефектов в материалах с идеальной структурой при высокоскоростной деформации. Исследованы особенности зарождения дефектов структуры в зависимости от температуры для различных условий нагружения.

Обобщены результаты исследования новых механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки - механизмов прямых плюс обратных (по альтернативным системам) превращений мартенситного типа в металлических материалах (чистые металлы, аустенитные стали, сплавы на основе Ni3Al) с ГЦК-решеткой. Дан краткий обзор экспериментальных результатов, лежащих в основе разработки этих механизмов. Представлены атомные модели этих превращений. В рамках предложенных механизмов можно с единых позиций описать такие явления пластической деформации, как зарождение дислокаций, механическое двойникование и образование полос локализации деформации с высокоугловыми границами разориентации.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование формирования радиационно-поврежденных областей (радиационных каскадов) в кристаллитах ванадия с внутренней структурой (межзеренной границей). Межатомное взаимодействие описано в рамках метода погруженного атома. В кристаллитах ванадия как с идеальной структурой, так и с границами раздела, после релаксации каскадов атомных смещений формируется относительно малое число кластеров, состоящих из собственных точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов). Характер развития каскадов атомных смещений во многом определяется наличием в материалах протяженных границ раздела. Межзеренные границы раздела служат барьером для распространения каскадов атомных смещений и аккумулируют значительную долю радиационных дефектов.

Предложен новый подход к проблеме пластического течения кристаллических твердых тел, основанный на изучении картин макролокализации пластической деформации, которые могут рассматриваться как различные типы автоволновых процессов самоорганизации дефектов. Установлено однозначное соответствие между картинами локализации и стадиями пластического течения моно- и поликристаллов. Для автоволн локализованной пластичности скорость распространения обратно пропорциональна коэффициенту деформационного упрочнения я, а дисперсионное соотношение имеет квадратичный характер. Предложена новая модель развития локализации пластического течения.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведено изучение особенностей эволюции зеренной и дефектной структуры никеля в процессе деформации кручением под давлением. Выявлены характерные для различных этапов пластической деформации механизмы переориентации кристаллической решетки. Обсуждаются условия и особенности кооперативного характера реализации различных механизмов структурообразования в процессе интенсивного деформационного воздействия.

Представлены результаты комплексного исследования особенностей микроструктуры и закономерностей упрочнения меди после механической активации в планетарных шаровых мельницах, кручения под давлением и комбинированной обработки, включающей механическую активацию и последующую консолидацию кручением под давлением на наковальнях Бриджмена. Обсуждаются основные структурные факторы, определяющие закономерности упрочнения в зависимости от способа и степени деформации.

Из анализа скачкообразной деформации и акустической эмиссии делается вывод об активной роли акустической эмиссии в активации, а главное - в синхронизации, элементарных деформационных актов в макроскопическом масштабе. При этом макроскопический масштаб обусловлен волновой природой синхронизации элементарных актов в поле напряжений, формирующих слабоустойчивое состояние кристаллической решетки деформируемого материала. Определяющую роль играет интерференция волновых пакетов сигналов акустической эмиссии, приводящая к макроскопическому распределению критических колебательных смещений в слабоустойчивой кристаллической среде.

Исследованы триботехнические характеристики композиций СВМПЭ с графитом и дисульфидом молибдена в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания полимерных композиций “СВМПЭ—графит” и “СВМПЭ—MoS2” в условиях сухого трения скольжения снижается в два раза по сравнению с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются незначительно. В условиях абразивного изнашивания износостойкость указанных композитов увеличивается в 1,3—1,5 раза. Определены оптимальные содержания наполнителей с точки зрения повышения сопротивления изнашиванию. Исследованы надмолекулярная структура и топография поверхностей износа композиций СВМПЭ с различным содержанием наполнителей. Проведен сравнительный анализ износостойкости композитов в режимах сухого трения и смазки. Обсуждаются механизмы износа полимерных композиций СВМПЭ—графит и СВМПЭ—MoS2 в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.

Методом силового СВС-компактирования получены композиты, имеющие состав TiC+50 об.% инерт. В качестве инерта служили медь, железо, нихром, сталь Г13. Отмечено, что параметр решетки, размер зерна TiCи массовое отношение Ti/C в зерне TiC практически не зависят от состава инерта. Показано, что некоторые композиты имеют высокие механические свойства. Трение композитов, содержащих Ni-Cr, характеризуется коэффициентом трения до 0,5 и большим износом вследствие сильной адгезии к контртелу. Композиты, имеющие состав TiC+(Cu, Fe) и TiC+(Cu, Г13), работоспособны при давлении около 100 МПа и могут служить основой для создания триботехнических материалов.

Излагаются особенности термодинамических свойств, химической кинетики и термодинамики поверхностных явлений наночастиц и наноструктурированных материалов, обобщены современные представления об электрических, механических, оптических и химических свойствах различных композиционных материалов. Большое внимание уделяется относительной роли химических связей и взаимодействия применительно к нанообъектам. Проводится сравнительный анализ кристаллических структур микро- и наноматериалов. Предлагаются методики оценок влияния структурных особенностей нанообъектов на их свойства. Излагается инновационный подход к описанию особых физических и химических свойств наночастиц и наноструктурированных материалов. Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по магистерской программе "Физика нанотехнолоий и наноразмерных структур" направления подготовки магистров "Техническая физика" при изучении дисциплин "Физик0-химические аспекты наноструктурированных материалов", "Специальные вопросы физики твердого тела". Пособие может быть также использовано при обучении в системах повышения квалификации, в учреждениях дополнительного профессионального образования и пр.

Рассмотрен механизм упрочнения сплава Zr-1,0%Nb за счет перераспределения кислорода в твердом растворе. Предложена технология выплавки сплава, обеспечивающая оптимальное содержание и распределение ниобия и кислорода в слитке за счет применения пентаоксида ниобия Nb2O5. С помощью электронной микроскопии проанализировано распределение кислорода, обнаружены соединения Zr и Nb с кислородом нестехиометрического состава. Исследованы закономерности локализации пластической деформации, приводящие к образованию шейки при механических испытаниях и разрушению в ходе технологического процесса производства труб из сплава Zr-1,0%Nb для оболочек ТВЭЛов. Установлены основные закономерности, связывающие дислокационные характеристики сплава с количественными параметрами локализации деформации. Проведены типовые испытания труб из сплава Zr-1,0%Nb, содержавшего 0,05-0,09 масс% О2, показавшие улучшение служебных свойств материала.

Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев ферритно-мартенситной 12%-й хромистой стали ЭК-181, формирующиеся при различных сочетаниях ультразвуковой и термической обработок. Показано, что нанокристаллическая структура alfa-фазы, по границам зерен которой выделяются частицы карбидов ванадия, образуется только в случае ультразвуковой обработки, выполняемой между закалкой и старением. Промежуточная ультразвуковая обработка обусловливает максимальное увеличение предела текучести исследуемых образцов при одноосном растяжении. Установлена корреляция между микроструктурой, механическими характеристиками и типом излома. Ключевые слова: микроструктура, фазовый состав, наноструктурирование поверхностных слоев, механические свойства, фрактография излома.

Приводятся результаты по исследованию влияния ультразвуковой обработки на рельеф, микроструктуру и фазовое состояние поверхности никелида титана. Показано, что ультразвуковое воздействие приводит к сильному упрочнению поверхностного слоя, его нанофрагентации и к изменению фазового состава.

Исследовано влияние равноканального углового прессования на структуру, фазовый состав и проявление сверхпластичных свойств алюминиевого сплава 1421. Обсуждаются физические причины наблюдаемого после обработки вышеуказанным методом смещения температурного интервала проявления сверхпластичности в область более низких температур деформации и значительного уменьшения энергии активации истинного зернограничного проскальзывания, выявляемого методом внутреннего трения.

Изложены результаты по исследованию влияния ультразвуковой обработки на микро- и мезорельеф, микроструктуру и фазовое состояние поверхности материала с эффектом памяти формы на основе никелида титана. Методами микроиндентирования, оптической профилометрии, рентгеноструктурного анализа, сканирующей туннельной микроскопии и позитронной аннигиляционной спектроскопии показано, что интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев приводит к появлению мезорельефа, сильному (в 2–3 раза) упрочнению поверхностного слоя, его нанофрагментации и изменению фазового состава. В наноструктурном состоянии наблюдается высокая концентрация вакансий на границах зерен.

Исследована структура ультрадисперсного порошка, полученного методом плазмохимического синтеза.

Методом электронно-лучевой наплавки в атмосферном воздухе получены многофункциональные хромсодержащие покрытия. С помощью металлографии, электронной микроскопии фольг, рентгенофазового анализа и рентгеновского микроанализа определена структура и проведен подробный анализ химического и фазового состава наплавленных слоев, на основании которого высказаны предположения о природе формирования свойств покрытий - твердости, износостойкости, коррозионной стойкости, жаростойкости.

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

Изучены особенности фазового состава и структуры нанокристаллических порошков на основе диоксида циркония после ударно-волновой обработки. Показано, что диоксид циркония с добавками иттрия и алюминия находится в двух структурных состояниях - нанокристаллическом и квазиаморфном, представляющих собой неравновесный твердый раствор ZrO2 (Y, Al), а увеличение количества моноклинной модификации связано с уменьшением величины критического размера кристаллитов тетрагональной фазы за счет повышения микроискажений решетки. Моноклинная фаза в порошке с добавками оксидов иттрия и алюминия не формируется даже после ударного сжатия при давлениях до 20 ГПа, что связано с малым уровнем формирующихся микроискажений, недостаточным для расстабилизации нанокристаллической тетрагональной фазы. Релаксация микроискажений при отжиге приводит к увеличению критического размера кристаллитов тетрагональной фазы, в результате чего моноклинная фаза в нем исчезает.

Изучены структура, фазовый состав и износостойкость аустенитных покрытий с карбидным упрочнением. Установлено, что в процессе наплавки и старения в объеме упрочненного слоя формируется однородная дисперсно-упрочненная структура с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам, позволяющая увеличить микротвердость и износостойкость покрытия в 1,5-2 раза.

Изучен промышленный порошок ПН55Т45 в процессе его отжига в вакууме. Показано, что c повышением температуры происходит смещение состава интерметаллида TiNi в сторону увеличения содержания никеля, а также образование интерметаллидов с увеличенной концентрацией никеля. Это связано с образованием устойчивого соединения Ti2NiOx. На поверхности спеченного образца в большом количестве образуется фаза кубической структуры, подобной структуре сложных оксидов на основе никеля.????.

В данной работе представлены результаты разработки и исследований биокерамических кальций-фосфатных покрытий с высоким содержанием кальция. Фазовый, элементный состав и микроструктура были исследованы методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Механические свойства оценивались по результатам измерений микротвердости, поведению при растяжении и накоплению микропластической деформации. Биологические свойства были определены по стандартным методикам. Исследования показали, что покрытия имеют сложный полифазовый состав на основе кальцийсодержащих соединений. Нанесение Са–Р покрытий повышает эксплуатационные характеристики и придает имплантату биоактивные свойства, что улучшает способность имплантата к интеграции с костной тканью.