Первое издание справочника по нанотехнологиям. выпущенное крупнейшим немецким издательством "Шпрингер" в 2004 году, заявило о себе как об основном источнике информации в области научных знаний о нанотехнологиях. Справочник объединяет сведения по технология, механике. материаловедению и надежности. Второе издание увеличилось с 6 до 8 частей, с 38 до 58 глав. Первая часть - введение в наноструктуры и технологии изготовления микро- и наноструктур. включая используемые при этом методы и материалы. Вторая часть справочника посвящена МЭМС/НЭМС и БиоМЭМС/БиоНЭМС приборам. Различные типы сканирующей зондовой микроскопии рассмотрены в третьей части. Четвертая часть посвящена обору нанотрибологии и наномеханики. Обзор смазок на пленках молекулярной толщины представлен в пятой части справочника. Шестая часть знакомит читателя с некоторыми применениями нанотехнологий в промышленном масштабе. седьмая сфокусирована на надежности микроприборов. И, наконец, последняя посвящена технологической конвергенции, которую несут с собой нанотехнологии, в ней также рассмотрены социальные, этические и политические последствия нанотехнолоий. Предметный указатель приведен в конце третьего тома. Книга подготовлена опытным редактором и написана командой из 150 известных международных экспертов. Она адресована инженерам-механикам и инженерам-электрикам. специалистам по материаловедению, медикам и химикам, которые работают в области нано-, или в областях, так или иначе связанных с этой новой важнейшей технологией.

Проведено экспериментальное исследование разрушения хрупких образцов из песчано-цементной смеси с начальной трещиной при одноосном сжатии. Изучено влияние ориентации начальной трещины на разрушение образца. Установлено, что образование и развитие трещин происходит преимущественно в направлении действия нагрузки, т.е. песчано-цементная смесь ведет себя ка типичный квазихрупкий материал. Численное моделирование выполнено по модели Друкера-Прагера-Николаевского, учитывающей эффекты внутреннего трения, дилатансии и различия в значениях прочности среды при сжатии и растяжении, а также накопление повреждений и деградацию прочности среды. Расчетные картины разрушения хорошо соответствуют экспериментальным данным.

В монографии описан комплекс алгоритмических и аппаратурно-программных средств математического моделирования различных физических процессов и природных явлений. Особое внимание уделено задачам физики низко- и высокотемпературной плазмы, нанотехнологий (включая нанофотонику и наноматериалы) и биоинформатики. Отражены основные этапы процесса моделирования, включая разработку математических моделей и последовательных и параллельных методов, проверку их адекватности и реализацию на распределенных вычислительных системах. Монография рассчитана на специалистов в области математического моделирования, параллельных вычислительных технологий, распределенных вычислительных и GRID систем, а также параллельного программирования.

Автор публикуемой статьи формулирует принципы управления механическими свойствами материалов путем целенаправленного формирования многоуровневых (муультимодальных) структур. Возможности предложенного подхода иллюстрируются на примерах разработки материалов с высокими эксплуатационными свойствами, а также решения различных междисциплинарных проблем.

Проведено численное исследование деформации и разрушения композита с покрытием при растяжении и сжатии. На примере стали, поверхностно упрочненной методом диффузионного борирования, исследована роль сложной геометрии границы раздела основной материал - упрочненный поверхностный слой. Для описания механического поведения стальной основы и хрупкого покрытия используются модели пластического течения с учетом деформационного упрочнения и разрушения. С привлечением критерия разрушения Губера учитывается различие критических величин прочности для разных типов локальных состояний - растяжения и сжатия. Показано, что неровная, "игольчатая" форма границы раздела подложка - покрытие препятствует распространению продольной трещины в это покрытие и предотвращает его отслоение при внешнем сжатии композита. Установлено, что даже при внешнем одноосном сжатии мезообъемов композита иглы боридов находятся под действием растягивающих нагрузок, величина которых сравнима с величиной внешнего сжимающего напряжения, а направление распространения трещин и общий характер разрушения существенно зависят от условий внешнего нагружения.

Рассмотрены электроаналитические методы (вольтамперометрия в прямом и инверсионном вариантах, потенциометрия с ионселективными электродами, кулонометрия и кондуктометрия), наиболее перспетивные в анализе объектов окружающей среды и биологических материалов. Приведены основные характеристики методов, условия их оптимального применения, эксплуатационные и экономические показатели. Описаны автоматические анализаторы и средства мониторинга загрязнений окружающей среды, показаны возможности электрохимических детекторов в проточных аналитических сситемах, в том числе в высокоэффективной жидкостной хроматографии. Для специалистов в области электроаналитической химии, а также биологов, гидрохимиков и медицинских работников, занимающихся проблемами контроля и охраны окружающей среды; полезна ддля студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

В рамках метода молекулярной динамики был рассчитан процесс формирования кластерной структуры, границ раздела и поверхностей с различными радиусами кривизны при прохождении нелинейной волны по идеальному нанокристаллу. Показано, что этот процесс является формой самоорганизации наноструктуры при воздействии потока внешней энергии с последующим развитием интенсивного ротационного поля.Molecular dynamics simulation was performed to study the formation of cluster structure, interfaces, and surfaces differing in curvature radius in a perfect nanocrystal when passed through by a nonlinear wave. It is shown that this process is a type of nanostructure self-organization in response to external energy flow with subsequent development of a strong rotational field.??.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлических материалов на примере алюминиевого сплава А85, подвергнутого равноканальному угловому прессованию и циркониевого сплава Г110, подвергнутого ковке с переменой осей осаживания. Установлено, что при деформациях в сплавах формируется промежуточная мелкозернистая структура с бимодальным распределением зерен по размерам. При растяжении образцов из материалов с такой структурой происходит быстрая локализация деформации и образование шейки, способной к значительному утонению.

Методом интенсивной пластической деформации, реализованной по схеме многократного равноканального углового прессования, получены образцы алюминий-магниевого сплава 1560 с ультрамелкозернистой структурой. Проведены исследования влияния изменения структуры на физико-механические свойства обработанного материала и характер разрушения образцов. Испытания на растяжение показали повышение условного предела текучести и прочности при уменьшении предельных деформаций. Полученные образцы имеют повышенные значения микротвердости по сравнению с исходными. Установлено, что последний цикл прессования определяет ориентацию структуры и макроскопических полос сдвига, возникающих под углом продольной оси образца при прохождении через сопряжения каналов. Это влияет на механические свойства материала и характер разрушения. Контроль качества полученных образцов методом ультразвуковой дефектоскопии и рентгеновской томографии подтвердил отсутствие макро- и микродефектов при соблюдении подобранного оптимального режима обработки.

Проведены исследования деформации и разрушения металлокерамических композитов при различных схемах нагружения. Показано, что в условиях, далеких от превращения, материал деформируется как обычный кристалл дислокационным скольжением. При этом предел текучести обратно пропорционален расстоянию между карбидами и в сплавах с высоким содержанием твердой фазы не достигается вплоть до разрушения. Разрушение материала катастрофически хрупкое. Исследования деформации композитов вблизи температуры структурного перехода показали, что наблюдаются разнообразные превращения, обусловленные сильно неоднородным напряженным состоянием связующей фазы. При нагружении в связующей фазе реализуется схема превращения В2 - В2 + В19 - В2 + «квазиаморфное состояние» с образованием мелкокристаллической, сильно разориентированной структуры с характерным размером кристаллитов менее 10 нм. Данная структура обладает высокой пластичностью и упрочнением и обусловливает эффективную передачу внешней нагрузки на упрочнитель, вызывая при этом даже в типично хрупких частицах карбида титана дислокационное скольжение. Физический смысл применения структурно-неустойчивых связок в композитах состоит в понижении масштаба структурного уровня пластической деформации за счет формирования в процессе неоднородного нагружения микрокристаллической структуры связующей фазы.

Определена износостойкость горячепрессованных модельных металлических композитов на основе переработанной стали ШХ15 при трении в условиях скользящего электроконтакта. Показано, что композиты с фазовым составом медь+графит+сталь ШХ15 и медь+графит+титан+сталь ШХ15 не способны к износостойкому скользящему электроконтакту. Введение свинца или никеля в первичную горячепрессованную структуру вместо титана приводит к реализации относительно высоких износостойкости и электропроводности зоны трения.

Определены износостойкость и электросопротивление зоны трения порошковых модельных композитов на основе стали Гадфильда (Г13) и переработанной стали ШХ15 в условиях скользящего электроконтакта. Представлены структура материалов и трехмерное изображение поверхности трения. Показано, что композит на основе стали Г13 формирует зону контакта с высокими электросопротивлением и шероховатостью. Обнаружено, что в зоне трения под влиянием электроэрозии происходит перенос материала композитов на стальное контртело.

В монографии изложены основы общей теории термовязкопластичности, позволяющие найти соотношения между напряжениями, деформациями, температурой и временем в ряде практически важных случает простого и сложного нагружений. Приведены методы и результаты экспериментального обоснования установленных соотношений и даны рекомендации по использованию их в расчетах на прочность различных элементов конструкций. дан обзор исследований закономерностей деформирования конструкционных материалов при неизотермических процессах нагружения. Рассчитана на научных работников, преподавателей вузов. аспирантов и студентов университетов и втузов, специализирующихся в области механики деформируемого твердого тела.

Монография посвящена изложению научных основ холодного газодинамического напыления (ХГН), предложенного и разработанного на основе обнаруженного в ИТПМ СО РАН явления образования твердофазных покрытий при обтекании тел сверхзвуковым двухфазным (газопорошковым) потоком, и созданию на этой основе новых технологий. Представлены обобщенные результаты экспериментально-теоретических исследований процессов ускорения высокодисперсных частиц в сверхзвуковых соплах, струях, в сжатом слое перед преградой, их ударного нагружения, высокоскоростной упругопластической деформации, эрозионно-адгезионного перехода, особенностям локального энеговыделения и физико-химического взаимодействия на границе контакта с образованием связей. Описаны разработанные для этих целей экспериментальные установки и методы диагностики. рассматриваются структура и свойства материалов покрытий. Описаны оригинальные разработки новых технологий для реализации в различных отраслях промышленности. Для специалистов в области холодного газодинамического и газотермического напыления, механики, вычислительной математики, физики порошковых материалов, а также аспирантов и студентов университетов.

Получены зависимости электропроводности контакта и интенсивности изнашивания металлических материалов от плотности электрического тока в условиях трения скольжения. Установлено, что легирование основы материала приводит к ускорению разрушения поверхности трения. Методом оже-спектрометрии определено присутствие кислорода около 40 ат. % в поверхностном слое. Методом рентгенографии показано, что в поверхностном слое формируется оксид FeO, который способствует увеличению электропроводности контакта.

Методом Оже-спектрометрии установлено, что содержание меди более 20% (ат.) в контактном слое металлических композитов приводит к низкой износостойкости при скользящем токосъеме без смазки. Износостойкость увеличивается при увеличении содержания кислорода до 40% (ат.) в контактном слое. Рентгеновским фазовым анализом установлено образование оксидов железа и меди на поверхности трения. Присутствие менее 50% (об.) Cu в первичной структуре вызывает образование оксида FeO, который способствует увеличению износостойкости и электропроводности контакта.

Проведено исследование фазового состава, микроструктуры, механизмов пластической деформации и разрушения при ударном нагружении слоистого материала, полученного сваркой под давлением листов титанового сплава ВТ6. В ходе ударного нагружения при 20 и -196 °С происходит расслоение образца на пакеты листов, которое влияет на скорость их разрушения. На поверхностях разрушения происходит структурно-фазовый распад исходной кристаллической структуры с образованием динамических ротаций. В кристаллических подслоях поверхностей разрушения и расслоя развивается фрагментация материала. Данные эффекты выражены более сильно при T(def)= -196 °С.

С целью разработки экструдируемых антифрикционных материалов исследованы механические и триботехнические (в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа) свойства нано- и микрокомпозитов на гибридной матрице (сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ)). В условиях сухого трения скольжения применение матрицы СВМПЭ + 10 вес.% ПТФЭ снижает интенсивность изнашивания нано- и микрокомпозитов на 10—30% при значительном уменьшении механических характеристик микрокомпозитов и несущественном — нанокомпозитов. При граничной смазке дистиллированной водой влияние дисперсности наполнителей на износостойкость аналогично. При абразивном изнашивании износостойкость микрокомпозитов существенно выше, чем у матрицы СВМПЭ + 10 вес.% ПТФЭ, а введение в эту матрицу нанонаполнителей незначительно влияет на её износостойкость. Методами растровой электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и оптической микроскопии исследованы надмолекулярная структура, степень кристалличности и топография поверхностей изнашивания разработанных материалов, обсуждаются механизмы их изнашивания в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.

В монографии приведены результаты многолетних работ авторов в области физического материаловедения. Основное содержание книги посвящено проблеме повышения сопротивляемости металлов и сплавов в экстремальных условиях. Представлен обширный материал о процессах деформационного упрочения и разрушения сплавов и сталей, эксплуатируемых в условиях низких температур. Изложена эволюция микроструктурных изменений, непосредственно влияющих на прочностные свойства металлов и сплавов. Для специалистов в области материаловедения, студентов технических вузов.

В монографии рассмотрены основные закономерности усталостного разрушения металлических материалов с учетом современных достижений металлофизики и механики разрушения. Анализируется стадийность процесса накопления усталостных повреждений в периодах зарождения и распространения усталостных трещин. Рассмотрены теории физического предела выносливости и влияния различных факторов на циклическую прочность. Для научных работников, инженеров-материаловедов и металлургов.

Для регенерации трансформаторного и индустриального масел до уровня товарных предложены фильтры, представляющие собой комбинации полипропиленовых волокнистых сульфокислотных сорбентов с дисперсными ферромагнитными материалами. При использовании таких фильтров из производственного цикла исключается традиционная сернокислотная очистка.

Изучено влияние состояния поверхностного слоя образцов композиционного материала Al + 10 % Al2O3 на локальные характеристики прерывистой текучести и уровень деформирующих напряжений при растяжении. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией физической мезомеханики о важной функциональной роли поверхностного слоя в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе.

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.

Изложены результаты экспериментальных и теоретических исследований, направленных на установление основных факторов и механизмов фазо- и структурообразования при обработке порошковых материалов и покрытий концентрированными потоками энергий (КПЭ), разработку новых материалов и эффективных гибридных технологий, создание действующих производств. Представлены научные основы газопламенных методов нанесения покрытий и лазерной обработки поверхностей. Приведены примеры практической реализации на предприятиях России. Монография представляет интерес для научных работников и специалистов в области порошковой металлургии и нанесения покрытий, а также для студентов вузов, обучающихся по специальностям 110800 - "Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия".

Сборник содержит тексты докладов XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов". Статьи в полном объеме отражают тематику конференции и содержат результаты по актуальным проблемам физики пластической деформации и разрушения материалов, создания перспективных материалов, разработки научных основ и технологий повышения и прогнозирования работоспособности материалов и изделий. Значительная часть работ посвящена методам измерений.

В работе предлагается подход к определению эффективных теплофизических величин для дисперсно-наполненного композитного материала. Этот подход во многом аналогичен способу определения деформационно-прочностных характеристик для таких материалов. В том и другом случае решается задача о детальном распределении параметров состояния в расчетной области (по неоднородной среде, моделирующей композит). В случае теплофизических характеристик это распределение температуры, в случае деформационно-прочностных — распределение параметров напряженно-деформированного состояния: перемещений, деформаций и напряжений. Далее проводятся процедуры осреднения, которые сами по себе могут быть различными, а сопоставление осредненных по неоднородной расчетной области параметров с аналогичными данными для условно однородной среды позволяет оценить так называемые эффективные характеристики. Отмечается, что вычисление коэффициента теплопроводности по теории смесей приводит к большим погрешностям.

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 радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Приведены результаты исследований физико-математических и триботехнических свойств композиционных микро- и макрогетерогенных материалов матрично-наполненного типа, содержащих в качестве твердой фазы карбид титана. Показано, что создание многоуровневой демпфирующей структуры позволяет регулировать процесс изнашивания материала, заданием наиболее выгодного для данных условий трения структурного уровня деформирования поверхностного слоя.

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.????.

Критерий предразрушения, предложенный ранее [1] для композиционного материала «сталь – азотированное покрытие», обобщается для случая двухфазного псевдосплава Cu – 25 % Cr с твердыми частицами.

Описаны авторские свидетельства на изобретения СССР и зарубежные патенты, начиная с 1977 г., по способам и устройствам для производства композиционных материалов методами обработки давлением. Рассмотрены пакеты и заготовки для производства композиционных материалов и изделий, способы и оборудование для получения композиционных материалов и изделий, способы и оборудование для получения композиционных материалов методом диффузионной сварки. Даны материалы и технология производства многослойных листовых и ленточных материалов, многослойных труб и проволочных материалов, армированных композиционных материалов. Приведены способы контроля качества композиционных материалов. Рассмотрены автоматизированные технологические линии для производства композиционных материалов. Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, разрабатывающих и использующих композиционные материалы. Может быть полезна студентам и аспирантам, специализирующимся в области производства композиционных материалов обработкой давлением.

Получены первые результаты по разработке новых металлокермических материалов из диэлектриков и металлической связки при соотношении объемов компонентов в композитах 1:1. Проведены исследования поведения порошковых смесей при прессовании и спекании. Изучены микроструктуры композитов разных составов и зависимости их объемных изменений от температуры спекания.

В работе представлены результаты комплексных исследований структурно-фазового состояния, физико-механических и трибологических свойств наноструктурированных титана и циркония при ионно-лучевой и микродуговой обработках. Показано, что низкотемпературное ионно-лучевое азотирование титана и циркония существенно (в 25-35 раз) увеличивает износостойкость его поверхностного слоя и на 40% понижает коэффициент трения при фрикционном сопряжении. Микродуговое оксидирование титана в растворе ортофосфорной кислоты, гидроксилапатита и карбоната кальция позволяет создавать кальций-фосфатные покрытия с высокими физико-механическими свойствами. Трибологические испытания в режиме сухого трения и в изотоническом растворе хлорида натрия показали, что биокомпозиционный материал на основе наноструктурированного титана и кальций-фосфатного покрытия демонстрирует достаточно высокий коэффициент трения 0,4-1,0 в процессе фрикционного взаимодействия с сверхвысокомолекуляярным полиэтиленом и костной тканью. Существенное повышение триботехнических свойств наноструктурированных циркония и титана с модифицированными поверхностными слоями делает эти материалы весьма перспективными для применения в медицине и технике.

В книге рассматриваются вопросы влияния предварительной механоактивации (МА) реакционной шихты на процессы фазо- и структурообразования порошковых материалов при самораспространяющемся высокотемпретурном синтезе (СВС). Выполнен систематический анализ имеющихся результатов и изложены существующие представления о механизме этого влияния. На большом количестве примеров рассматриваются особенности фазо- и структурообразования при механоактивируемом самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (МАСВС). Книга предназначена для широкого круга специалистов: исследователей, студентов, инженеров и производственников, занимающихся разработкой получением новых материалов с уникальными свойствами методов СВС, а также исследованиями в области порошковой металлургии, композиционных материалов и покрытий.

В монографии рассмотрена проблема оптимизации формы и материала режущей части лезвийных инструментов по критерию равного запаса надежности этих изделий. Предложены частные критерии оптимизации (равнопрочность лезвия, равномерное изнашивание и др.) и показаны пути решения задач проектирования рабочей части режущих инструментов высокого качества с экономически обоснованным сроком службы. Данная работа предназначена магистрантам, аспирантам и соискателям при подготовке магистерских, кандидатских и докторских диссертаций. Она может быть полезна при повышении квалификации инженерно-технических работников предприятий инструментальной промышленности, а также для углубления знаний студентам соответствующих специальностей.

Создан композиционный материал на основе нановолокнистого оксигидроксида алюминия, активированного наночастицами металлов (Ag, Co, Fe, Cu). Изучены его каталитические свойства в реакции окисления изопропилбензола. Показано, что оксогидроксид алюминия можно использовать в качестве носителя при создании композиционных материалов. Процесс окисления изопропилбензола в присутствии активированного оксогидроксида алюминия проходит селективно с образованием преимущественно гидропероксида изопропилбензола.

В сборнике приводятся доклады, прочитанные на Всесоюзной конференции "Свойства и применение полимерных материалов при низких температурах", состоявшейся 3-5 августа 1977 года. Материалы сборника охватывают широкий круг исследований по атмосферостойкости, физическим свойствам, модификации полимеров. Приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния низкой температуры и технологических факторов на прочностные, деформационные, фрикционные и теплофизические свойства полимеров. Рассматриваются методы решения краевых задач механики полимеров, освещаются новые методы и техника экспериментальных исследований полимеров при действии низких температур и факторов климата.

Сборник охватывает широкий круг актуальных вопросов по металловедению и коррозии металлов: диаграммы состояния, композиционные материалы, нитевидные кристаллы, жидкое состояние металлов, разработка новых нержавеющих и криогенновязких малодефицитных сталей, ТМО сталей и коррозия металлов в различных агрессивных средах. В настоящий сборник, в отличие от предыдущего, включены исследования по структуре бора, боридным фазам переходных металлов, высокотемпературному окислению хрома, по внедрению некоторых сталей и сплавов в производство, а также по истории техники. Сборник может быть полезен металловедам, термистам, коррозионистам и другим специалистам, работающим по исследованию структуры и свойств различных металлов и сплавов.