Книга Лейбфрида, являющаяся частью Физической энциклопедии, доступна не только физикам-теоретикам, но и экспериментаторам. В ней подробно рассматриваются теория связи атомов и ионов в кристаллической решетке, теория колебаний кристаллической решетки, теория упругости кристаллов, термодинамика, теплопроводность, испарение и плавление кристаллов. Изложение ведется на высоком научном уровне, основные физические представления изложены четко и ясно. Приводятся подробные выводы всех основных формул, часто в оригинальном виде. Теоретические положения и выводы иллюстрируются экспериментальными данными.В текст перевода внесены следующие изменения: добавлены примечания редактора (одни облегчают понимание текста, другие содержат некоторые новые результаты, полученные после выхода книги в свет); расширена библиография, главным образом за счет новых работ обзорного характера, а также основных отечественных книг и статей (дополнительные литературные ссылки отмечены звездочкой).Книга будет полезна широкому кругу физиков и инженеров, специализирующихся в области физики твердого тела, а также для студентов, впервые знакомящихся с предметом.

В монографии последовательно рассмотрены вопросы моделирования фазовых превращений в конденсированных средах с особенностями в наномасштабе. Используется обобщенная модель Изинга, а также некоторые другие модели, в том числе электронные. Монография предназначена для широкого круга специалистов: научных сотрудников, преподавателей, аспирантов, магистров, студентов, интересующихся вопросами моделирования конденсированных сред. Книгу можно использовать также для организации самостоятельной работы студентов и аспирантов по специальностям, на которых изучается математическое и компьютерное моделирование.

Методам просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведены экспериментальные исследования механизма деформации монокристаллов стали Гадфильда, ориентированных для растяжения вдоль [111], [144], [011] направлений. Установлено, что при Т=23С с ранних степеней деформации пластическое течение в монокристаллах этих ориентаций связано с развитием преимущественно механического двойникования. Показано влияние числа действующих систем сдвига на скорость деформационного упрочнения.

Методом остаточной прочности исследована термостойкость спеченных металлокерамических композиционных материалов на основе TiC. Обнаружена сильная зависимость термостойкости и коэффициента вариации остаточной прочности от химического состава металлической связки и объемной доли карбидной фазы в материале. Сделан вывод об определяющем значении для термостойкости композиционных материалов величины сжимающих напряжений в объеме материала, которая, в свою очередь, определяется разностью коэффициентов термического расширения карбидной и металлической фазы.

Впервые обобщены и систематизированы данные о фазовых превращениях 972 элементов и соединений при высоких давлениях. Приведены сведения о поведении этих веществ при нормальном давлении (температуры фазовых переходов, изменения теплот и объемов и т. д.). Содержатся данные о кристаллических структурах рассматриваемых соединений при различных давлениях. Рассмотрен ряд фазовых диаграмм. Структурные характеристики фаз высокого давления, а также соединений, впервые полученных при высоком давлении. Для инженерно-технических работников заводских лабораторий и специалистов металлургической, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности.

Впервые обобщены и систематизированы данные о фазовых превращениях 574 элементов и соединений при высоких давлениях. Приведены сведения о поведении этих веществ при нормальном давлении (температуры фазовых переходов, изменения теплот и объемов и т. д.). Содержатся данные о кристаллических структурах рассматриваемых соединений при различных давлениях. Рассмотрен ряд фазовых диаграмм. Структурные характеристики фаз высокого давления, а также соединений, впервые полученных при высоком давлении. Для инженерно-технических работников заводских лабораторий и специалистов металлургической, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследованы фазовый состав, макро- и микронапряжения, а также микроструктура Ti 1-хAlxN покрытия и подложки. Покрытия наносились методом магнетронного распыления мишени в реакционной смеси газов аргона и азота на подложку из аустенитной стали 12X18Н10Т, которая подвергалась предварительной обработке ионным пучком титана. Установлено, что увеличение длительности предварительной ионной обработки подложки приводит к увеличению сжимающих макронапряжений и измельчению нанокристаллической столбчатой структуры в покрытии.??.

Показана возможность осуществления твердофазных механохимических реакций в торфах, приводящих к уменьшению размера частиц и образованию микрокомпозитов. Механическое воздействие в виброцентробежной мельнице в присутствии щелочи и целлюлозолитического фермента изменяет количественное содержание, физические, химические свойства и реакционную активность основных компонентов торфов.

Исследовано влияние механохимического воздействия в планетарной мельнице в присутствии целлюлозолитического фермента и щелочи на состав водорастворимой полисахаридной фракции верхового сфагнового торфа. В результате механохимических превращений полисахаридов меняются их выдох, степень полидисперсности, молекулярная масса и оптическая плотность. Механохимическая обработка влияет на моносахаридный состав водорастворимых фракций торфа.

На основе оригинальных исследований стадий зарождения и роста мартенсита рассматриваются динамические модели формирования пластин мартенсита с тонко структурой двойников превращения, совместимые со сверхзвуковой скоростью роста мартенситных кристаллов. Управляющий волновой процесс наряду с относительно длинными квазипродольными волнами, задающими ориентацию габитусной плоскости, включает и относительно короткие продольные волны, которые, действуя синхронно, обеспечивают управление простом основной компоненты регулярной двойниковой структуры. Предпочтение отдается модели, содержащей в начальный момент единственную активную динамическую ячейку, способную периодически воспроизводиться в межфазной области на стадии роста мартенситного кристалла. Обсуждаются условия. задающие соотношение компонент двойниковой структуры, оптимальное для минимизации времени превращения. Осуществляется переход к финишным деформациям, превышающим пороговые деформации на два-три порядка. Проводится сравнение расчета макроскопических морфологических признаков, полученных при динамическом рассмотрении, с экспериментальными данными и кристаллогеометричекими расчетами. Самостоятельный интерес представляют обсуждение результатов и выводы в заключительной части монографии. Для научных сотрудников и специалистов в области металловедения и физики металлов и сплавов, а также преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области материаловедения.

Представлен краткий обзор связанных моделей твердофазных превращений в деформируемых средах. Сформулирована проблема устойчивости волн горения в твердой фазе для ситуаций, реализуемых при соединении материалов и термической обработке материала с покрытием. Задача об устойчивости фронта горения к двумерным возмущениям для плоской деформации исследована с использованием метода малых возмущений и в приближении узкой реакционной зоны. Представлены итоговые уравнения, позволяющие определять область устойчивых режимов превращения при варьировании физических параметров модели. Проанализированы частные варианты модели, разрешаемые аналитически точно.

В условиях гидротермального синтеза получены галлоалюмосиликаты с силикатным модулем от 30 до 80, содержащие различное количество оксида галлия ([Ga2O3]=1,2 и 2,2 %(мас.)). Изучена активность и селективность синтезированных катализаторов в процессе превращения природного газа в ароматические углеводороды.

Исследован порошок диоксида циркония, находящийся в тетрагональной форме после нагружения его ударной волной до 43 ГПа. Показано, что после подобного воздействия в материале формируется сложная структура, содержащая моноклинную и рентгеноаморфную фазы. Количество образующейся моноклинной фазы максимально при давлении 10 ГПа, а количество рентгеноаморфной монотонно увеличивается с ростом давления. Показано, что формирование рентгеноаморфной фазы обусловлено перемешиванием после прохождения ударной волны различных политипов.

Исследованы состав, структура, микротвердость и износостойкость покрытий на основе TiCxNy и Ti1–xAlxN, осаждаемых с помощью магнетрона постоянного тока в условиях высоких мощностей разряда и низких давлений рабочей газовой смеси. Обнаружено значительное повышение микротвердости и износостойкости покрытий TiCxNy с увеличением отношения парциальных давлений ацетилена к азоту, а покрытий Ti1–xAlxN при увеличении температуры осаждения, которое связывается с изменениями состава и структурных характеристик покрытий.

В учебном пособии помимо традиционно сложившихся разделов физики твердого тела отражены некоторые современные направления науки. такие как физика фотонных кристаллов, наномасштабная физика. фрактальные представления о структуре кристаллических тел. Теоретический материал каждой главы книги дополнен задачами с решениями. Для студентов и аспирантов высших технических учебных заведений, а также преподавателей физики и других естественно-научных дисциплин в технических вузах.

Методом молекулярной динамики изучены кинематические характеристики незамкнутых наноструктур, сформированных из двухслойных наноразмерных кристаллических пленок на примере системы Ni–Cu. Межатомное взаимодействие описывалось в рамках метода погруженного атома. Показано, что при отделении от подложки исходная пленка совершает слабозатухающие колебания, амплитуда которых зависит от величины запасенной упругой энергии, определяемой степенью несоответствия параметров решеток в кристаллических слоях. Собственные частоты колебаний сформированных незамкнутых наноструктур определяются геометрическими размерами и кристаллографической ориентацией исходной пленки. Проанализировано влияние кристаллографической ориентации исходной пленки на параметры колебаний незамкнутых наноструктур. Полученные закономерности представляют интерес при конструировании компонентов наноустройств различного функционального назначения.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведены исследования структурных и фазовых превращений в стали 10Г2ФТ после холодной деформации кручением под гидростатическим давлением (КГД) и последующего нагрева. Независимо от исходного состояния - феррито-перлитного или мартенситных (полученных закалкой от 950С и 1180С), КГД при комнатной температуре приводит к формированию наноразмерной зеренно-субзернной ориентированной структуры. Средний размер элементов зеренно-субзеренной структуры в стали 10Г2ФТ после интенсивной пластической деформации больше в случае исходно феррито-перлитного состояния (95 нм) по сравнению с исходно мартенситной структурой (65 и 50 нам после закалки от 950С и 1180С соответственно). Показано, что закалка от температур 950С и 1180С приводит к формированию мартенсита разной дисперсности, что, в свою очередь, обуславливает различия в размере наноструктур и уровне прочностных свойств, получаемых после КГД. Закалка от температуры 1180С способствует более высокой термической стабильности, полученной после КГД нанокристаллической структуры стали 10Г2ФТ за счет большей доли выделяемых карбидов ванадия. Установлено, что КГД приводит к существенному росту микротвердости стали 10Г2ФТ по сравнению с исходным состоянием (более чем в 3 раза для феррито-перлитного состояния и более чем в 2 раза в случае исходно мартенситных состояний).

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследованы механизм деформации и характер разрушения 111 монокристаллов аустенитной стали Гадфильда при растяжении в интервале температур 77-63 К. Установлено, что смена механизма разрушения от вязкого к хрупкому по фрактографическому критерию происходит при более высокой температуре. чем температура вязко-хрупкого перехода, определенная по изменению удлинения монокристаллов до разрушения. Показан связь переход вязкость-хрупкость в монокристаллах стали Гадфильда с достижением высокого уровня деформирующих напряжений в результате твердорастворного упрочнения и с механическим двойникованием.

Изучена зависимость твердости (HV) от приложенной нагрузки. Установлено, что для материалов, способных испытывать фазовые превращения, твердость возрастает при увеличении нагрузки, что обусловлено фазовым переходом, протекающим в материале.

Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

Представлены результаты экспериментального исследования и теоретического анализа нового механизма деформации и переориентации кристалла, развивающегося в зонах локализации деформации и механического двойникования металлических сплавов и интерметаллидов - механизма динамических фазовых (прямых плюс обратных мартенситных) превращений в полях высоких локальных напряжений. Обобщены данные электронно-микроскопического исследования особенностей переориентации и дефектной субструктуры в этих зонах. Сиспользованием моделей мартенситных превращений, основанных на концепции кооперативных тепловых колебаний протяженных когерентных объектов в кристаллах, проведен анализ атомных механизмов прямых плюс обратных превращений, расчет матриц (векторов) переориентации и тензоров дисторсии для различных (ГЦК-ОЦК-ГЦК, ОЦК-ГПУ-ОЦК) вариантов этих превращений. Обсуждаются носители, природа и основные физические факторы реализации указанного выше механизма деформации.

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.

Мсследованы картины локализации пластического течения в ГЦК монокристаллах высокого марганцовистого γ-Fe, ориентированных для двойникования при растяжении. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях площадки текучести, легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. Определена скорость движения очагов локализованной деформациипри растяжении. Обсуждены условия генерации автоволн пластичности при изменении состояния деформируемой среды. Показано, что при двойниковании деформации картины локализации аналогичны наблюдаемым при деформации дислокационным скольжением.