В данной книге объединены новейшие и наиболее интересные результаты работ ведущих мировых материаловедческих центров. Более 80 статей дают подробную информацию о металлах, полимерах, керамике, стекле, биоматериалах, древесине, бумаге, жидких кристаллах. В издании освещены проблемы и общая ситуация в области материаловедения, представлены сведения по истории создания того или иного материала. Каждая статья написана экспертом с мировым именем. Алфавитный порядок расположения татей позволяет быстро найти нужную информацию. "Краткая энциклопедия по структуре материалов" станет настольной книгой инженерных и научных работников, которые в своей практической деятельности связаны с решением тех или иных материаловедческих проблем.

Методом подвижных клеточных автоматов проведено численное моделирование деформации и разрушения пористых керамических материалов с различными типами регулярной, а также стохастической структуры порового пространства при одноосном нагружении. Проанализировано влияние структуры пор на динамику зарождения и развития повреждений. Отмечена корреляция между эффективной жесткостью пористых образцов и скоростью накопления повреждений в них. Полученные результаты позволяют говорить о возможности квазивязкого разрушения хрупких материалов, обусловленного исключительно структурой порового пространства.

Исследованиями установлено, что отжиг плазмохимического порошка ZrO2, стабилизированного 3 мол. % V2O3 при температуре 1200С в течение 1 ч., приводит к повышению его насыпной плотности, уменьшению удельной поверхности и в результате повышению механических свойств спеченного материала.

В работе представлены результаты исследований структуры и механического поведения пористой керамики, получаемой из нанокристаллического порошка частично стабилизированного диоксида циркония, предназначенной для использования при эндопротезировании костной ткани. Получена керамика с пористостью, способной обеспечить биомеханическую связь на границе раздела костная ткань – имплантат. Показано, что наличие микромеханической неустойчивости пористого керамического каркаса существенно увеличивает предельную деформацию получаемой керамики, что открывает новые возможности в использовании высокопористой керамики для замещения костной ткани.??.

Проведено рентгенографическое исследование поверхности трансформационно-упрочненной керамики Y-TZP после трения без смазочного материала по стали в широком диапазоне скоростей (0,2-11,1 м/с). Выявлены основные тенденции изменения отношения интенсивностей I(002)/ I(200) линий тетрагональной фазы ZrO2 в зависимости от скорости скольжения и от размера зерна керамики. Обсуждены механизмы, ответственные за переориентацию решетки при разных скоростях скольжения.

Приведены экспериментальные данные по определению прочностных характеристик и усталостной долговечности образцов из конструкционной оксидной керамики на основе Zr02. Образцы получены при прессовании в пресс-формах мелкокристаллического порошка системы Zr02-Mg0 с последующим спеканием при температуре 1600 °С и выдержкой 1 ч. Для исследуемых образцов определены значения предела прочности при изгибе 43 МПа и модуля упругости 22 ГПа. Результаты усталостных испытаний исследуемых керамических образцов имеют большой разброс, предел выносливости до 105 циклов определен в диапазоне 33-34 МПа. Для выявления дефектности внутренней структуры композита предложен метод неразрушающего контроля с использованием трехмерной рентгеновской томографии.

С использованием современных масс-спектральных и радиоспектрометрических методов установлен структурно-групповой состав мезозойских нефтей Восточно-Гобийского (Дзунбаянского) и Тамсагского нефтеносных районов, а также содержащихся в них углеводородов, смол и асфальтенов. Показаны доминирующая роль алканов, алкилмоноцикланов и алкилмоноаренов среди углеводородов и высокая распространенность алифатических структурных фрагментов в составе высокомолекулярных гетероорганических компонентов нефтей. Эти особенности состава свидетельствуют о том, что описанные нефти практически не были затронуты процессами микробиальной деградации.

На примере нефтей Усинского месторождения и месторождения Ляохе изучены основные тенденции изменения состава тяжелых, высоковязких нефтей при тепловом воздействии в присутствии воды. Эксперименты по лабораторному моделированию проводили в интервале температур 200-350 °С с добавлением минеральной добавки для изучения характера влияния нефтеносной породы. Изменение группового состава по сравнению с исходными нефтями характеризуется увеличением содержания асфальтенов и уменьшением содержания спирто-бензольных смол. По данным ПК-спектроскопии в составе продуктов термолиза возрастает доля пиридиновых оснований, сульфоксидов, амидов, карбонилсодержащих соединений ароматических структур. Лабораторный термолиз в среде водяного пара приводит также к заметному изменению состава н-алканов в масляной фракции нефти.

Проведена депарафингоация сжиженным газом высокопарафинистой нефти (9,3 % мае.) и компаундов, полученных введением в масляную фракцию различных количеств смол и асфальтенов. Количество парафинов в компаундах выдерживалось постоянным. Показано, что с увеличением концентрации смол в компаундах количество осадка уменьшается. При возрастании концентрации асфальтенов в компаунде с 0,3 % до 3,0 % мае. происходит увеличение количество осадка. После депарафинизации н-алканы выше Qg выпадают в осадок. Асфальтены содержащиеся в компаундах полностью переходят в осадок.

Определены важнейшие композиционные и структурно-групповые характеристики смол и асфальтенов из 13 тяжелых нефтей различных нефтеносных регионов и четырех природных битумов месторождений Казахстана. Установлено, что величины большинства найденных параметров не выходят за пределы интервалов, найденных ранее для смол и асфальтенов из обычных (легких и средних) нефтей. Сходны и общие тенденции изменения состава и структуры смол и асфальтенов в зависимости от условий залегания объекта. Интервалы колебаний всех композиционных и структурных параметров смол и асфальтенов перекрываются между собой. Известные закономерные различия между этими группами компонентов нефтей проявляются лишь при сравнении средних значений параметров. Высокая способность смол и асфальтенов к межмолекулярной диссоциации с образованием комплекса, полимолекулярных агрегатов, «пачечных» частиц и мицелл придает нефтям и битумам свойства полидисперсных динамически равновесных систем, состояние которых значительно меняется под влиянием внешних факторов.

Изучен структурно-групповой состав кетонов нефтей Западной Сибири. Установлена взаимосвязь состава и структуры кетонов и типа углеводородов в нефтях. Показано, что в нефтях метанонафтенового типа преобладают кетоны алифатического строения, в то время, как в нефтях нафтенового типа - кетоны с циклановыми и ароматическими заместителями.

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.

Впервые изучены восемь образцов нефтей, полученных из эксплуатационных скважин четырех месторождений северной части Ульяновской области. Показано высокое содержание сернистых соединений, смолисто-асфальтеновых веществ, твердых углеводородов в изученных нефтях, оценены вклады сернистых соединений в состав отдельных групп нефтяных компонентов. Установлены физико-химические характеристики и средние структурные параметры молекул, содержащихся в масляных, смолистых и асфальтеновых компонентах этих нефтей. Вскрыты существенные структурные различия между этими нефтяными фракциями и характера их изменений под воздействием природных факторов. Отмечены трудности химической типизации изученных нефтей и ряд аномалий в их составе.

Выделены широкие фракции карбонилсодержащих соединений из 6 нефтей различных стратиграфических комплексов Западной Сибири. Методом масс-спектрометрии структурно-группового состава и распределения по числу углеродных атомов кетонов в выделенных концентратах показано наличие гомологических рядов кетонов, включающих соединения от 10 до 32 атомов углерода в молекуле. Методом ГЖХ определено, что в нефтях различного типа присутствует ряд алканонов-2 с распределением по молекулярной массе, характерной для каждой нефти. Наблюдается тенденция уменьшения молекулярных масс алканонов-2 при погружении залежи нефти.

Установлены молекулярно-массовые распределения (ММР) членов 24 изобарно-гомологических рядов ароматических углеводородов (УВ) в нефтях из нижнемелового горизонта на Дзунбаянском и из юрского — на Тамсагбулагском месторождениях. Определены концентрации индивидуальных биаренов С10-С14 и триаренов С14—C17 в тех же нефтях, вскрыты основные закономерности в изомерном составе этих УВ, показана его связь с термодинамической устойчивостью соединений.

Рассмотрен процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в условиях теплового взрыва порошковой смеси 3Ni + Al под давлением. В рамках математической модели выполнены количественные оценки дисперсности зеренной структуры синтезированного интерметаллида.

В рамках модели решетки совпадающих узлов и 0-решетки Боллманна исследована атомная структура специальных границ в бинарном сплаве со сверхструктурой L1. Обнаружено, что в совпадающих узлах в плоскости границы возникает нарушение дальнего атомного порядка, т. е. образуется зернограничная антифазная граница (АФГ). Это должно приводить к увеличению энергии специальных границ. Экспериментально обнаруженное увеличение средней энергии специальных границ для сплава Ni3Fe при атомном упорядочении близко к оценочному значению энергии зернограничных АФГ, залегающих в плоскостях границ зерен.

Проведен анализ взаимосвязи химического состава и плотности нефтей с уровнем теплового потока Земли на нефтеносных территориях с использованием карты геотермического и нефтегазоносного районирования территории и глобальной базы данных о физико-химических характеристиках нефтей. Показано, что как в глобальном масштабе, так и на территории России плотность и содержание серы, смол и асфальтенов в нефтях уменьшается с увеличением уровня теплового потока, а содержание парафинов увеличивается. Установлено, что на нефтеносных территориях России с высоким уровнем теплового потока располагаются в основном кайнозойские и мезозойские нефти, а в областях с низким уровнем – палеозойские и протерозойские, что, вероятно, обусловлено тектоническими процессами. Наибольшее число уникальных и крупных месторождений нефти и газа располагаются на территориях с высоким уровнем теплового потока.

В рамках теории функционала электронной плотности на основе первых принципов проведен расчет электронной структуры и магнитных свойств границы раздела (110) между сплавом NiMnSb и GaAs в зависимости от конфигурации контактных атомов. Обнаружено, что две их шести возможных атомных конфигураций границы раздела обладает высокой степенью спиновой поляризации, которая достигает 100% для одной из изученных интерфейсных структур.

Полно-потенциальным линейным методом присоединенных плоских волн исследована электронная структура сплавов Гейслера состава XYZ. Анализируются изменения в магнитных свойствах при возрастании концентрации Ni или Co в сплавах Ni(2–x)MnGa и Co(2–x)ZrSn. Показано, что полученные значения равновесных параметров решетки и магнитных моментов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

В рамках теории функционала электронной плотности рассчитаны электронная структура и магнитные свойства границы раздела (110) полуметаллического сплава Гейслера NiMnSb с полупроводниками в зависимости от конфигурации контактных атомов. Показано, что спиновая поляризация существенным образом зависит от атомной конфигурации атомов на контактах. Анализируется природа интерфейсных состояний на рассмотренных контактах. Получена практически 100%-ная спиновая поляризация для конфигурации с никелем и сурьмой, которые в сплаве занимают соответствующие позиции аниона и катиона в полупроводнике. Оценка энергии адгезии на границах раздела показала, что контакты с максимальной спиновой поляризацией имеют также наибольшую энергию адгезии и являются энергетически выгодными и стабильными. работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-02-92201 ГФЕН_а) и проекта ИФПМ СО РАН 5.2.1.19. Расчеты в проводились на вычислительном кластере СКИФ Cyberia в Томском гос. университете.

Методами оптической металлографии и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии показано, чо микро- и мезоструктура литого и синтезированного под давлением интерметаллидов Ni3Al существенно различаются. В синтезированном интерметаллиде выявлены четыре типа зерен основной фазы Ni3Al с разной доменной и дислокационой структурой: моно- и полидомены без дислокаций и с дислокациями.

Справочник состоит из двух томов (четырех книг). В первой книге т. 1 приведены сведения об общих закономерностях, существующих между составом, структурой и свойствами сплавов. Содержится обзор структур стали и возможных структурных превращений. Рассмотрено поведение стали при разрушении в условиях разных видов нагружения. Отражена проблема долговечности и длительной прочности. Для инженерно-технических работников и специалистов, занятых в области металлургии, всех видов машиностроения и приборостроения, а также для студентов и преподавателей, специализирующихся в области материаловедения.

Представлены результаты масс-спектрометрического определения полного группового состава и молекулярно-массового распределения углеводородов 30 различных структурных типов в нижнемеловых нефтях Восточно-Гобийской и Тамсагской нефтеносных провинций Монголии. Определены углеводородные типы нефтей по трем существующим способам классификации, установлены причины различия в типах нефтей, определяемых этим способом.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования дислокационной структуры, формирующейся в ионно-имплантированной крупнозернистой меди. Установлено, что величина "эффекта дальнодействия" существенно зависит от характера фазообразования в легированном слое. Данные об изменении микроструктуры по глубине коррелируют с результатами измерения микротвердости, полученными на тех же самых образцах.

В рамках линейного метода МТ-орбиталей в приближении атомной сферы с коррекцией на их перекрывание проведен самосогласованный расчет электронной структуры кубической фазы дигидрида циркония. Рассчитана электронная структура нестехиометрического ZrH1.75. Исследовано влияние вакансии по водороду на электронные характеристики. В приближении малой позитронной плотности рассчитаны спектр позитронов, время жизни позитрона и клады в процесс электронно-позитронной аннигиляции различных электронных состояний. Получено удовлетворительное согласие с имеющимися теоретическими и экспериментальными данными.

Большой интерес нефтяников вызывают исследования химического состава нефти, который оказывает существенное влияние на глубину переработки сырья, на ассортимент и качество выпускаемой нефтехимической продукции. Повышенное содержание серы вызывает при переработке интенсивную коррозию аппаратуры и приводит к ухудшению экологической обстановки. Известны также и проблемы транспортировки и переработки нефти с повышенным содержанием парафинов, смол, асфальтенов и др. Данные о химическом составе нефти из различных регионов представляют интерес и с точки зрения проблемы ее генезиса.

Показано, что, учитывая выявленные ранее закономерности молекулярно-массового распределения углеводородов различных классов в нефтях, можно определять полный групповой углеводородный состав природных углеводородных систем с помощью низковольтного масс-спектрометрического анализа масел, получаемых обессмоливанием нефтей, и измерять групповые концентрации в них углеводородов тридцати структурных типов. Обсуждаются результаты такого анализа более чем сорока разнотипных нефтей и природных битумов различных месторождений и нефтеносных провинций Евразии. Получаемые масс-спектральные данные положены в основу нового подхода к химической типизации нефтей, при котором, в отличие от большинства прежних, традиционных способов классификации характеризуется углеводородный состав изучаемого объекта в целом, а не способов классификации характеризуется углеводородный состав изучаемого объекта в целом, а не его отдельной, как правило, небольшой части.

С использование современных масс-спектральных и радиоспектрометрических методов установлен структурно-групповой состав мезозойских нефтей Восточно-Гобийского (Дзунбаянского) и Тамсагского нефтеносных районов, а также содержащихся в них углеводородов, смол и асфальтенов. Показаны доминирующая роль алканов, алкилмоноцикланов и алкилмоноаренов среди углеводородов и высокая распространенность алифатических структурных фрагментов в составе высокомолекулярных гетероорганических компонентов нефтей. Эти особенности состава свидетельствуют о том, что описанные нефти практически не были затронуты процессами микробиальной деградации.

Рассмотрены алгоритмы автоматической идентификации вихревых структур, возникающих в деформируемом твердом теле. Исходные векторные поля смешений, характеризующие формоизменение твердого тела, регистрируются методом корреляции цифровых изображений. В качестве критериев идентификации вихрей предложено использовать циркуляцию и функционал, связанный с ортогональностью вектора и его радиус-вектора. Рассмотрено их применение на примере модельных векторных полей с вихрями ротационного и безротационного типов. Работа алгоритмов показана на примере поля смещений, характеризующего течение материала сварного соединения стали 10Г2С. Продемонстрирована роль конечных размеров скользящего окна. Предложены дополнительные критерии, помогающие выделить вихревые структуры.