В монографии представлены результаты работ ИФП СО РАН по развитию нанотехнологии и методов диагностики для создания нового поколения устройств и приборов современной микро- и наноэлектроники. Рассмотрены: технологии молекулярно-лучевой эпитаксии; методы наноструктурирования, позволяющие создавать двух- и трехмерные наноструктуры различных форм и геометрии; современные методы диагностики полупроводниковых наноструктур с атомным разрешением; результаты применения нанотехнологии для изготовления устройств наноэлектроники. Монография представляет интерес для специалистов в области физики полупроводников, физики и химии твердого тела, микро-, наноэлектроники и нанотехнологии.

Систематически излагается современное состояние исследований нанокристаллических материалов. Обобщены экспериментальные результаты по влиянию нанокристаллического состояния на микроструктуру и механические, теплофизические, оптические, магнитные свойства металлов, cплавов и твердофазных соединений. Рассмотрены основные методы получений изолированных наночастиц, ультрадисперсных порошков и компактных нанокристаллических материалов. Подробно обсуждены размерные эффекты в изолированных наночастицах и компактных нанокристаллических материалах, показана важная роль границ раздела в формировании структуры и свойств компактных наноматериалов. Проведен анализ модельных представлений, объясняющих особенности строения и аномальные свойства веществ в нанокристаллическом состоянии. Для специалистов в области физики твердого тела, физической химии, химии твердого тела, материаловедения, для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

В данной книге систематизированы экспериментальные результаты по термодинамике испарения и диссоциации практически всех оксидов периодической системы элементов Д. И. Менделеева, опубликованные в мировой литературе о 2005г., а также приведены собственные данные авторов. Рассмотрены особенности современных методов исследования испарения и диссоциации оксидов химических элементов. Представлен широкий спектр данных по давлению, составу пара, а также термодинамические свойства газообразных оксидов, полученные в результате исследования испарения. Книга в значительной степени носит справочный характер и предназначена для специалистов в области физики, химии, металлургии, научных работников и технологов, имеющих дело с высокотемпературными процессами, а также для студентов и аспирантов вузов.

Очередной том серии справочных изданий "МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ" посвящен методам анализа элементного состава материалов черной и цветной металлургии. Приведена информация, полезная для инженерно-технических работников современных центральных заводских лабораторий предприятий черной и цветной металлургии, машино- и приборостроения, аналитических лабораторий отраслевых научно-исследовательских институтов и др. Обобщены и кратко изложены сведения о состоянии базы данных по стандартным методикам анализа (ГОСТ, ОСТ, РД и т. п.), получившим широкое применение в России и странах СНГ, во взаимосвязи с требованиями нормативных документов к составу соответствующих материалов черной и цветной металлургии. Справочник дополнен также описанием новых методов и методик анализа, пока еще не получивших широкого применения, но заслуживающих, по мнению авторов, самого серьезного внимания и изучения. Книга предназначена для научного и инженерно=технического персонала аналитических лабораторий, химиков-материаловедов, преподавателей и студентов университетов, химико-технологических и химико-металлургических вузов, а также для специалистов смежных профессий.

Исследованы качественные и количественные изменения массы и углеводородного состава нефтяных систем при биодеградации в условиях модельных лабораторных экспериментов. Биодеградация образцов нефтей Советского и Стрежевского месторождений (Западная Сибирь) и месторождения Белый Тигр (Вьетнам) осуществлялась природными ассоциациями микроорганизмов, выделенными из пластовых вод и образцов почв, загрязненных нефтью. Анализ изменений углеводородного состава проведен методом хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС). Установлено, что в процессах биодеградации нефти происходит одновременное разрушение всех частей нефтяной системы - как насыщенных углеводородов, так и высокомолекулярных ее фрагментов - смол и асфальтенов.

Описаны методы получения и свойства новых ультрадисперсных адсорбентов на основе оксидногидроксидных фаз алюминия. Показано, что благодаря своим необычным свойствам эти адсорбенты способны активно поглощать водорастворимые компоненты нефтепродуктов, а также эффективно разрушать и адсорбировать микроэмульсии нефти в воде с концентрацией до 700 мг/л. Приведены изотермы адсорбции и данные по кинетике разрушения микроэмульсий, а также данные по очистке нефтесодержащих амбарных вод с использованием новых адсорбентов.

Рассмотрены методика выбора эффективных систем разработки нефтяных месторождений, задачи и критерии управления разработкой. Даны гидродинамические и экономико-математические модели процесса нефтедобычи при заводнении и при применении других методов повышения нефтеотдачи пластов. Приведены примеры оптимизации систем разработки нефтяных месторождений. Для инженерно-технических и научных работников нефтедобывающих предприятий, проектных и научно-исследовательских институтов; будет полезна студентам старших курсов нефтяных вузов, обучающимся по специальности "Технология и техника добычи нефти.

Описаны современное состояние и применение нанопорошков в производстве композиционных материалов. Показаны особенности технологических процессов получения нанокомпозитов с металлической и полимерной матрицей. Рассмотрены возможные области применения нанокомпозитов в промышленности, методы контроля. Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников отраслей, связанных с производством и применением композиционных материалов. Может быть полезна студентам и аспирантам, обучающимся по соответствующим направлениями и специальностям.

Исследованы структурные превращения происходящих в кумулятивных течениях, возникающих при взрыве кумулятивных зарядов с облицовками, содержащими нанокристаллический порошок диоксида циркония. Показано, что в облицовках, содержащих нанокристаллические порошки, возможно получение высоконеравновесных состояний материала. Обнаружен эффект релаксации сформированного неравновесного состояния, которая завершается даже при комнатной температуре при 1000-часовой выдержке, а оценка кажущейся энергии активации процесса аномально низка и равна 3.5 kcal/mol.

Проведено исследование бинарной смеси пылевых частиц в плазме, находящихся во внешнем электростатическом сферическом удерживающем поле. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики, а межчастичное взаимодействие описывалось парным изотропным потенциалом Юкавы. Показано, что частицы образуют оболочечную структуру, в которой каждая оболочка содержит только свой сорт частиц. Изучены структурные свойства бинарной смеси частиц и особенности их сегрегации в условиях недавних экспериментов по созданию кулоновских шаров.

Методом подвижных клеточных автоматов моделировался отклик пористых кальций-фосфатных покрытий с градиентом механических свойств по глубине в условиях сдвигового нагружения. Показано, что гетерогенное покрытие определенного типа можно корректно моделировать однородным покрытием с соответствующими упругими и прочностными характеристиками. Рассмотрены различные способы неявного учета поровой структуры материала. Показано, что структурно-параметрический способ является достаточно корректным для моделирования деформации и разрушения хрупких пористых покрытий.

Представлены результаты двумерного моделирования локализации деформации на мезомасштабном уровне в поверхностном слое поликристаллов с хорошо выраженным эффектом Портевена–Ле Шателье. В работе использован метод элементов релаксации. Развиваемая модель действует по принципу клеточных автоматов. Результаты моделирования качественно хорошо согласуются с известными экспериментальными данными.

В настоящей работе исследуется напряженно-деформированное состояние, возникающее при поверхностном нагружении в приповерхностном слое материала, толщина которого существенно превышает средний размер шероховатостей поверхности. Для расчета напряженно-деформированного состояния используется конечно-разностный метод решения системы уравнений, описывающих механическое поведение объема материала при динамическом нагружении. Применен подход физической мезомеханики для моделирования напряженно-деформированного состояния. Показано образование полос локализованной деформации и формирование блочной структуры пластического течения.

Проведено теоретическое исследование структурных и колебательных свойств упорядоченных адсорбционных систем Na/Cu(111) с использованием метода погруженного атома. Анализируется поверхностная релаксация и локальная плотность колебательных состояний для трех равновесных поверхностных структур: p(3x3) – 0.25, (3(1/2)x3(1/2))30o – 0.75 и (3/2x3/2) – 1.0 монослоя.

Мы представляем теоретическое исследование, c использованием метода погруженного атома, атомных и колебательных свойств поверхностного сплава Al(001)–c(2x2)–Na, формирующегося на поверхности Al(001) при низко- и высокотемпературной адсорбции 0.5 ML атомов щелочного металла. Обсуждаются результаты расчета поверхностной релаксации и локальная плотность колебательных состояний, которые находятся в хорошем согласии с имеющимися экспериментальными данными и первопринципными расчетами для поверхностного сплава Al(001)–c(2x2)–Na.

Предложена методика оценки параметров упругих волн при моделировании контактного взаимодействия твердых тел. Анализ спектров Фурье зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений позволил выявить частоты, характерные как для численной модели и геометрии задачи, так и непосредственно для процессов, протекающих в области контакта при трении.

Рассмотрена прикладная проблема образования пылевых частиц при разрушении угля. Целью работы является получение распределения пылевых частиц по размерам с использованием только компьютерных методов. На первом этапе было выполнено компьютерное моделирование деформации и разрушения мезообъема угля выбранного состава. На втором этапе была проведена компьютерная обработка полученных двумерных картин разрушения, в результате которой были выявлены замкнутые контуры зон разрушения, определены геометрические параметры выявленных частиц разрушения и построены их распределения по размерам. Показано, что предложенный подход позволил выявить фрагменты разрушения и оценить параметры распределения частиц по размерам в диапазоне 1...20 мкм. Разработанный метод может быть применен для других подобных задач.

В работе представлены результаты численного моделирования ударного нагружения конструкции из анизотропного алюминиевого сплава Д16Т. Приведенная математическая модель применима для описания упругопластического деформирования анизотропных сред по теории процессов малой кривизны согласно классификации А.А. Ильюшина.

Приведены поля смещений перед вершиной трещины мод I и II и пространственные распределения главного сдвига, построенные с использованием уравнений линейной механики разрушения, а также измеренные экспериментально. Показано, что деформационная структура реальной трещины может быть представлена в виде совокупности мод I и II, каждая из которых может быть полной или неполной. Неполная мода I характеризуется развитием деформации лишь слева или справа перед фронтом трещины. Поле векторов смещений неполной моды II имеет незамкнутый вихревой характер, ограничено некоторым сектором, а длина векторов в радиальном направлении аппроксимируется нормальным распределением.

Предложена математическая модель импульсной электронно-лучевой обработки гетерогенного материала с позиции механики гетерогенных сред. Каждая фаза (частицы и матрица) характеризуется своей концентрацией диффундирующего углерода и температурой. Учитываются процессы переноса тепла и массы в частицах и матрице и обменные процессы между фазами. Проиллюстрировано влияние внешнего теплового потока на поля температуры и концентрации диффундирующего углерода.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

Изучено влияние порообразующих добавок на формирование поровой структуры, фазового состава и предела прочности при изгибе высокопористого материала в процессе его реакционного спекания. Показано, что введение порообразователя в исходную смесь порошков приводит к формированию бимодальной поровой структуры, а прочность при изгибе изменяется по экспоненциальному закону.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.

Представлен обзор работ авторов по моделированию физико-химических превращений в ванне расплава, сопровождающих формирование фазовой и химической структуры покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки. Выделены типы подмоделей, анализ которых позволяет установить качественные закономерности, присущие системам различных типов. Указано на аналогию критических явлений, наблюдаемых в моделях отдельных стадий сложных технологических процессов (электронно-лучевая наплавка с модифицирующими частицами и электронно-лучевая наплавка с использованием синтеза в конденсированной фазе), и критических явлений, известных из тепловой теории горения.

Потенциальные возможности наноразмерного вещества (1нм=10-9м) вызвали всплеск интереса к вероятным областям его применения. Выяснилось, например, что введение таких частиц в состав макроматериала резко улучшает его характеристики. Традиционно процессы их получения и компактирования разделены в пространстве и времени. Но, как оказалось. эти стадии можно объединить.

Исследованы цилиндрические образцы из инструментальных сталей У9 и У8 термическая обработка которых проведена при разных температурах закалки, отпуска и отжига. Измерены скорость распространения ультразвуковой продольной волны в образцах, резонансная частота. твердость, плотность, остаточный аустенит, искажения кристаллической решетки и структура сталей. Установлено, что скорость ультразвука после закалки уменьшается, затем растет с увеличением температуры отпуска. Обсуждается взаимосвязь между акустическими другими свойствами и характеристиками сталей. Изменения скорости звука в сталях после термообработки с различными режимами связывают с искажением кристаллической решетки.

Монография посвящена теории предельного состояния твердых деформируемых ел и горных пород. Исследованы соотношения теории предельного состояния, дано приложение теории к технологическим задачам процессов обработки материалов давлением, механики горных пород и др. Для научных работников, инженеров, аспирантов, студентов старших курсов, специализирующихся в области механики деформируемого твердого тела.

Обнаружена кордовая и твидовая структуры на поверхности фольг высокочистых поликристаллов алюминия, жестко закрепленных на образцах алюминиевого сплава при усталостных испытаниях при комнатной температуре.

Проведены исследования деформирования пористой керамики на основе нанокристаллического диоксида циркония. Показано, что накопление микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону. Существует прямая корреляция между макронапряжениями и локальными (мезоскопическими) параметрами распределения деформаций, области равномерного накопления деформации чередуются с ее резкими изменениями, приводящими сначала к локальному, а затем к макроразрушению всего материала.

Проведено исследование деформационного поведения крупнозернистого и субмикрокристаллического технически чистого титана. Основной особенностью поведения субмикрокристаллического материала является наличие на диаграммах нагружения продолжительного участка предразрушения, где деформирование происходит практически без упрочнения. На этой стадии наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные домены локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места будущего разрушения.

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.

Изучена динамика накопления водорода в аустенитной стали 12Х18Н10Т при электрохимическом насыщении из щелочного и кислотного электролитов. Исследовано влияние рентгеновского излучения на содержание водорода и механические свойства стали.

Исследовано накопление водорода в поверхностных слоях циркониевого сплава Э-125. Показано, что электролитическое наводораживание приводит к увеличению микротвердости и уменьшению модуля упругости поверхностного слоя. Наводороженный слой вызывает рост предела текучести и существенное снижение пластичности нагруженных образцов. Последующее облучение рентгеновским пучком способствует выходу водорода из поверхностного слоя образцов циркониевого сплава и частичному восстановлению его механических характеристик.

Методом наноиндентирования проведено измерение твердости и модуля упругости тонких пленок Ti и TiO2 на подложке Si. Показано, что применение метода Оливера–Фарра в сочетании с вычислением истинной твердости позволяет корректно определить твердость тонких пленок, нанесенных на подложку, независимо от соотношения твердости пленки и подложки.

Очередной том серии справочных изданий "Металлы и сплавы" посвящен методам масс-спектрометрического анализа, ядерно-физического и радиохимического анализа и методам определения газов в металлах. Дано описание методов и применяемой аппаратуры (характеристики), а также приведены обширные справочные данные, необходимые для практического использования указанных методов в аналитических целях. Приведена информация, полезная для инженерно-технических работников современных центральных заводских лабораторий предприятий металлургии, машино- и приборостроения, аналитических лабораторий отраслевых научно-исследовательских институтов и др. Книга предназначена для научного и инженерно-технического персонала аналитических лабораторий, химиков-материаловедов, преподавателей и студентов университетов, химико-технологических и химико-металлургических вузов, а также для специалистов смежных профессий.

В настоящей книге представлен новый метод, предлагающий общую методологию прогнозирования характеристик кинетических процессов, единую для металлических и полимерных материалов. Метод позволяет работать с математическими моделями, описывающими любые "изопроцессы" (или с соответствующими математическими соотношениями различной природы), выделяя их них наиболее адекватные эксперименту и определяя из эксперимента их неизвестные параметры. Он также позволяет предлагать новые модели и прогнозировать характеристики конструкционных материалов на сроки службы машин и установок. Метод иллюстрируется на примере ряда практически важных задач механики материалов и механики деформируемого твердого тела. Рекомендуется для студентов старших курсов, аспирантов, научных и инженерно-технических работников.

Исследовано изменение структурно-фазового состояния, нанотвердости и износостойкости, распределения элементов в поверхностном слое градиентных нанокомпозитных покрытий TiN при имплантации пучками ионов Al + B и вакуумном отжиге в интервале температур от комнатной до 1373 K. Обнаружено повышение износостойкости покрытий в 4 раза и нанотвердости в 1.4 раза. Наблюдаемые эффекты могут быть связаны с выделением и растворением тонкодисперсных боридных фаз, изменением среднего размера и преимущественной ориентации зерен основной фазы.

Исследовано изменение структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое стали 38ХН3МФА при имплантации пучками ионов Al + B, а также изменение износостойкости и твердости при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА – полиамид ПА-66». Обнаружено повышение трибомеханических свойств стали при модификации поверхностного слоя композиционным ионным пучком, которое связывается с изменением структурно-фазового состояния этого слоя.

В работе исследовано влияние ультразвукового модифицирования на структуру и свойства азотированных слоев, полученных в плазме дугового разряда низкого давления. Фрактографический и рентгеноструктурный анализ, а также анализ механических и триботехнических свойств показал, что ультразвуковое модифицирование стали 40Х13 изменяет фазовый состав, увеличивает глубину, микротвердость и износостойкость азотированного слоя.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана, модифицированных в условиях высокодозовой ионной имплантации. Исследованные образцы титана различались исходным структурным состоянием и имплантируемыми ионами. Установлено, что при имплантации ионами алюминия поликристаллического титана наблюдается значительное повышение механических свойств, связанное с формированием в ионно-легированных слоях наноразмерных интерметаллидных фаз Ti3Al, TiAl и твердого растора. Объемный ультрамелкозернистый (УМЗ) (наноструктурный) титан был получен путем многократного одноосного прессования со сменой оси деформации (abc -прессование) с последующей дополнительной прокаткой поликристаллического титана. Установлено, что в результате формирования УМЗ-структуры по использованной технологии в титане ВТ1-0 достигнуты максимально возможные прочностные свойства. Показано, что имплантация ионов азота, углерода и хрома в УМЗ-титан приводит к формированию нитридов, карбидов, карбонитридов, оксидов и т. д. Установлено, что ионная имплантация позволяет формировать поверхностный слой с высокой износостойкостью. Сделано заключение о влиянии условий ионной имплантации на фазовый соста и физико-механические свойства титана, находящегося в различных структурных состояниях (поликристаллическое и объемное УМЗ).