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.

Методами рентгеноструктурного анализа и растровой электронной микроскопии установлено, что в поликристаллическом сплаве Pd3Fe при фазовом переходе А1 — L1 2 с увеличением степени дальнего атомного порядка происходит увеличение параметра кристаллической решетки и полных среднеквадратичных смещений, уменьшение микроискажений кристаллической решетки, уменьшение доли специальных границ в зернограничном ансамбле и увеличение доли двойниковых границ в спектре специальных границ, что приводит к увеличению степени текстурированности.

Объектами исследования в настоящей монографии являются объемные фазовые голограммы, в том числе с наложенной записью, фотонно-кристаллические решетки, неоднородные объемные голограммы, свойственные "проблемным" средам, фазовые микрорешетки с дискретно изменяемой фазой и трехмерные матрицы таких микрорешеток. Опытным путем подтверждена возможность записи однородных микро- и макрорешеток во всем объеме фотополимерных материалов и кристаллов ниобата и танталата лития. Представлены физические основы и экспериментальные методы трехмерной лазерной модификации фоторефрактивных сред в режимах линейного и нелинейного (двухфотонного, двухступенчатого) поглощения. Рассмотрены методы синтеза толстых фотополимерных материалов с фотоиндуцированным изменением показателя преломления и полимерно-жидкокристаллических композитов. Предложены томографические лазерные методы послойного исследования внутренних физических свойств объемных сред. Монография предназначена для научных работников, инженеров и аспирантов, специализирующихся в области оптической объемной голографии и ее приложений, а также для студентов университетов физико-технического профиля.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведено исследование изменений фазового состава, возникающих в стали 34X1М при электролитно-плазменной нитроцементации. Установлено, что нитроцементация приводит к существенным изменениям в структуре стали, а именно к изменению фазового состава и списка присутствующих фаз, а также их морфологии.

В монографии проанализированы физические процессы, протекающие в различных открытых структурах, которые находят применение в миллиметровой и субмиллиметровой технике. С помощью строгой спектральной теории открытых двухмерных резонаторов, методов расчета распространения волн вдоль цилиндрических щелевых трактов, изучения преобразования поверхностных волн в объемные дифракционными решетками, а также осуществленных экспериментов установлены новые физические явления, связанные с разнообразными резонансами, возникающими при определенных условиях. Представленный графический материал дает возможность теоретикам, экспериментаторам и конструкторам выбирать необходимые данные для решения задач, возникающих в заданной ситуации. Для научных сотрудников, занимающихся освоением миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн, теорией дифракции и распространения волн, некоторыми вопросами математической физики, может быть полезна инженерам, аспирантам и студентам при разработке радиотехнических приборов и проведения эксперимента.

Проведено молекулярно-динамическое исследование термофлуктуационного формирования дефектов структуры в материалах с исходно идеальной кристаллической решеткой при высокоскоростных деформациях. показано, что тепловые флуктуации могут быть причиной генерации дефектов структуры. При этом существует некоторое пороговое значение деформации, характеризующееся практически скачкообразным ростом областей с локальными структурными изменениями.

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.

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.

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.

Рассмотрено образование дефектов кристаллической решетки в зоне концентратора напряжений как локальное структурное превращение кристалла, протекающее в два этапа. На первом этапе кристалл переходит в сильновозбужденное состояние. Получена зависимость вероятности образования сильновозбужденного состояния от величины механических напряжений и энергии возбуждения этого состояния. Константа скорости реакции указанного процесса определяется формулой, подобной формуле Журкова. На втором этапе сильновозбужденное состояние под действием напряжений переходит в структурное состояние, соответствующее кристаллу с дефектом. Проанализировано влияние размера концентратора напряжений на концентрацию образующихся дефектов различного типа.

Обобщены результаты электронно-микроскопических исследований структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки, формирующихся в широком классе металлических материалов в различных условиях интенсивной пластической деформации: прокатка, равноканальное угловое прессование, механическая активация в планетарных шаровых мельницах и кручение на наковальнях Бриджмена. Выделено два типа таких состояний: субструктура с упругопластической кривизной кристаллической решетки десятки градусов на мкм, формирующаяся в процессе накопления высокой плотности избыточных дислокаций одного знака, и состояние с упругой кривизной кристалла до нескольких сотен градусов на мкм в нанообъемах размерами несколько нанометров. Проведен анализ условий формирования этих состояний, особенностей их эволюции и роли в реализации различных механизмов пластической деформации и формирования нанокристаллических структур.

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.

Показано, что одноуровневые критерии распространения трещины в механике разрушения должны быть дополнены учетом структурных трансформаций в зонах локальной кривизны кристаллической решетки перед вершиной трещины. Развит модифицированный метод возбудимых клеточных автоматов, учитывающий моменты локальных сил в кристаллической решетке с нарушенной трансляционной инвариантностью и позволяющий рассчитывать работу поворотных мод деформации при распространении трещины. Приведены экспериментальные данные, подтверждающие многоуровневые критерии мезомеханики разрушения.

Описаны два варианта мощных акустических излучателей на основе антенных решеток. Максимальный уровень достигаемого звукового давления в слышимом диапазоне частот составляет 145 и 155 дБ/1м. Излучатели могут быть использованы в научных экспериментах и для передачи звука на расстояния 1-1,5 км.

Рассмотрены методы фазирования каналов излучения для реализации когерентного сложения линейнополяризованных полей узкополостных волоконных лазеров. Показана высокая эффективность работы внутреннего контура обратной связи, основанного на интерференции периферийных участков излучения фазируемых каналов (гауссовых пучков). Этот метод прост в реализации, позволяет масштабировать мощность оптических фазированных решеток и не требует массивных оптических элементов. Приведены формулы для расчета оптической схемы для реализации контура обратной связи и результаты эксперимента по когерентному сложению трех пучков.

Исследованы механизмы пластической деформации тонких фольг алюминия, закрепленных на упруго деформируемой подложке, при высоких степенях знакопеременного изгиба. На стадии развития в поверхностном слое экструзии-интрузии материала алюминиевой фольги в ее объеме происходит многоуровневая фрагментация структуры с формированием между субзернами наноструктурированных фазовых границ. Ширина наноструктурированных фазовых границ изменяется в пределах 200-300 нм, размер структурных элементов внутри наноструктурированных фазовых границ составляет 30-50 нм. Образование наноструктурированных фазовых границ на границах неравновесных субзерен классифицируется как механизм фрагментации материала на субмикромасштабном уровне в условиях изгиба-кручения при интенсивной пластической деформации.

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.

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 градиентной матрицей возрастают при увеличении концентрации железа.????.

Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии и оптической металлографии исследованы зеренная структура и кристаллографические параметры границ зерен сплава Pd3Fe в состоянии с ближним и дальним атомными порядками со сверхструктурой L1. Обнаружено, что при упорядочивающем отжиге сплава Pd3Fe, температура упорядочения которого ниже температуры рекристаллизации, происходят изменения в зеренной структуре. Уменьшаются как средние расстояния между ближайшими границами, так и средние размеры зерен. Возрастает доля двойниковых границ с обратной плотностью совпадающих узлов, равной 3. Последнее приводит к уменьшению средней энергии двойников. Проводится сравнительный анализ изменений в зеренной структуре в сплавах Ni3Fe и Pd3Fe в процессе фазового перехода Al-L1. Обсуждаются механизмы, приводящие к изменению зеренной структуры при упорядочивающем отжиге.

Представлены результаты экспериментального исследования структурно-фазовых состояний, формирующихся при высокодозной ионной имплантации в поверхностном и приповерхностном слоях разупорядоченного поликристаллического сплава NisFe. В качестве методов исследования были применены оже-электронная спектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгено-структурный анализ и измерение микротвердости. Ионная имплантация осуществлялась на вакуумно-дуговом источнике «Радуга» с многокомпонентным катодом состава Zr (89,5 вec.%)+C+N-rO при ускоряющем напряжении 50 кВ. Установлено, что в поверхностном легируемом при ионной имплантации слое происходит аморфизация с одновременным образованием мелкодисперсных частиц Zr02 , размеры которых увеличиваются с увеличением дозы внедренных ионов, что сопровождается увеличением внутренних механических напряжений. За пределами ионно-имплантированного слоя формируется подслой толщиной около 10 мкм с высокой плотностью дислокаций («эффект дальнодействия»). Результаты измерения микротвердости коррелируют с дан¬ными структурных исследований.

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.

Представлены результаты количественного исследования структурно-фазового состояния титана в мелкозернистом состоянии до и после имплантации ионами алюминия. В материале выделено два типа зерен а-Ti, различающихся по фазовому составу, дефектной структуре и размерам: мелкие зерна в интервале 0.1-0.5 мкм и крупные зерна в интервале 0.5-5 мкм. Установлено присутствие в материале двух типов частиц TiO2: частицы округлой формы, расположенные на дислокациях в объеме зерен а-Ti, и частицы пластинчатой формы, расположенные только внутри крупных зерен а-Ti. Формирование фазы Ti3Al наблюдается в виде пластинчатых выделений по границам зерен и округлых частиц в тройных стыках. Обнаружено, что частицы фазы TiAl3 выделяются с меньшей объемной долей, по сравнению с фазой Ti3Al, и локализуются по границам крупных зерен титановой матрицы. Установлено, что в результате ионного облучения изменяются существенно зеренное состояние и дефектная структура материала: происходит значительное увеличение плотности дислокаций и внутренних напряжений в мелких зернах относительно исходного состояния титана.

Построена функция распределения для газа в 2D-нанопоре, что позволило рассчитать такие термодинамические характеристики, как давление и теплоемкость. Рассмотрена зависимость давления и теплоемкости от наименьшего размера нанопоры, из которой следует наличие специфических фазовых переходов в газе в определенном интервале температур. Фазовые переходы связаны с тем, что эффекты размерного квантования приводят к появлению «эффективного» взаимодействия (притяжения) между молекулами газа.

Методом фотонной корреляционной спектроскопии определены пороговые концентрации н.-гектана при фазовых переходах асфальтенов в модельных системах двух типов нефти. Проанализированы реологические свойства высокопарафинистой нефти в процессе агрегации асфальтенов. Показано, что наличие смолистой и парафиновой фракций в нефти препятствует фазовому переходу асфальтенов при пороговой концентрации н.-гептана для модельной системы, поэтому требует более высокой концентрации осадителя для агрегирования асфальтенов и образования нефтяного осадка.

Исследованы структура и фазовый состав порошков ZrO2 - MgO с содержанием MgO от 9 до 43 мол.%, полученных плазмохимическим методом, после отжига при температурах от 700 до 1400 °С. Проведены дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ порошков. Установлено, что в ходе нагрева потеря массы и энергия эндотермических реакций возрастают с увеличением содержания MgO. В исходном состоянии порошки при содержании более 25 мол.% MgO являются пересыщенными твердыми растворами кубического ZrO2. До 420 °С в порошках наблюдаются процессы десорбции воды и разложение остаточных нитратов. Эндотермический пик при высоких температурах обусловлен процессом дегидратации и распадом кубического твердого раствора ZrO2.

Представлены результаты влияния электронно-ионно-плазменной обработки поверхности инструментальных твердых сплавов в плазмообразующих газах с различной энергией ионизации при различной атомной массе на структурно-фазовое состояние поверхностного слоя, его стойкость к абразивному износу и стойкость при резании металла.

Представлены результаты исследований фазового состава и механических свойств покрытий системы Al-Si-N, полученных методом импульсного магнетронного напыления на подложках кварцевого стекла марки КВ. Методом ренгеноструктурного анализа обнаружено, что полученные покрытия системы Al-Si-N различной толщины содержат фазу AIN (ГПУ). Нанесение покрытий системы Al-Si-N позволяет не только увеличить нанотвердость поверхностного слоя образцов кварцевого стекла до 29 ГПа, но и сохранить высокий уровень упругих свойств (We 0.70). Также проведены лабораторные испытания по воздействию потоков высокоскоростных частиц железа на защитные покрытия системы Al-Si-N различной толщины, полученных методом импульсного магнетронного напыления. При воздействии потока высокоскоростных частиц железа на исследуемые образцы установлено, что увеличение толщины формируемых защитных покрытий системы Al-Si-N от 1 до 10мкм приводит к уменьшению поверхностной плотности кратеров в 4 раза.

Описаны диаграммы состояния двойных систем металл-бор и диаграммы фазовых равновесий тройных систем металл-металл-бор. Систематизированы и обобщены сведения о всех бинарных и тернарных боридах, типах их кристаллической структуры, периодах решетки. Приведены данные о твердых растворах на основе бинарных боридов, изменения их периодов решетки. Для инженерно-технических работников и специалистов, занимающихся проблемами материаловедения, физики и химии твердого тела, кристаллохимии.

Исследованы структурно-фазовые состояния поверхностны слоев никелида титана с покрытиями из молибдена толщиной 200 и 500 нм, сформированных методом магнетронного напыления. Обсуждаются особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и прилежащих к нему слоях подложки. определен характер микродеформации кристаллической решетки молибдена, изучены закономерности ее изменения по толщине покрытия. установлено, что кристаллическая решетка молибдена в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения по нормали к ней. Кристаллическая структура В2-фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки.

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.

Исследованы изменения структуры и фазового состава ультрамелкозернистого алюминиевого сплава, полученного интенсивной пластической деформацией, при растяжении в условиях сверхпластичности. Показано, что обусловленные распадом твердого раствора фазовые превращения ускоряются в поверхностном слое в условиях сверхпластической деформации вследствие интенсивного развития в нем зернограничного проскальзывания. Методом скользящего пучка установлено, что наибольшие изменения в структурно-фазовом состоянии указанного сплава происходят в приповерхностном слое толщиной ~ 10 мкм.

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.