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.

Методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности разрушения покрытий SiAIN на подложках Cu при одноосном растяжении. Показано, что скалывание покрытий происходит в зонах локальной кривизны границы раздела «SiAIN - Cu», образующихся в результате скольжения дислокаций в подложке. Предварительная ионная бомбардировка подложки позволяет подавить выход дислокаций на границу раздела «покрытие - подложка», а также повысить адгезионную прочность покрытий и предотвратить их краевое отслоение. В то же время возникающая в результате ионной бомбардировки волнистая граница раздела «покрытие - подложка» приводит к появлению нормальных к ней напряжений, которые обусловливают коробление и скалывание покрытий в областях положительной локальной кривизны границы раздела.

Анализируются результаты многолетних комплексных экспедиционных исследований динамических явлений в ледовом покрове озера Байкал, обладающем многоуровневой блочной структурой, а также общностью структурных, реологических и динамических (сейсмотектонических) характеристик с литосферой. Средствами физического моделирования исследованы параметры деформационного и сейсмического режима, а также контактного взаимодействия в блочной геологической среде. Установлены и оценены метеорологические факторы, воздействующие на ледовую обстановку и формирующие отклик в виде динамического разрушения ледовых пластин и мощных ледовых ударов, сопровождающихся излучением сейсмических колебаний, сходных с землетрясениями. Анализируется сходство закономерностей сейсмических проявлений в блочной ледовой среде, в том числе на границах раздела ее блоков, и в субдукционных, коллизионных и сдвиговых зонах контактирования тектонических плит. В соответствии с известным законом динамических аналогий и благодаря выявленному сходству процессов деструкции в ледовой и геологической средах полученные результаты могут быть использованы для решения научных и прикладных задач, в частности для совершенствования методов прогноза землетрясений, установления закономерностей контактного взаимодействия между литосферными плитами в зонах разломов.

Книга посвящена одному из современных методов исследований в материаловедении - моделированию атомной структуры дефектов. Включает в себя методически последовательное изложение взаимосвязанных разделов в физике реальных кристаллов, таких как структура и энергия точечных и планарных дефектов, структура ядра дислокаций, компьютерное моделирование взаимодействия дефектов, динамические процессы радиационных повреждений в металлах и сплавах; атомистические расчеты структуры основного состояния микрокластеров и кинетики их превращений и др. Перечисленные разделы являются достаточно устоявшимися направлениями в физике реальных кристаллов и ведены в курсы лекций для студентов физико-технического и металлургического факультетов УрФУ. Большое внимание уделяется связи результатов атомистических расчетов с особенностями поведения реальных металлов и сплавов при деформации, разрушении, радиационном повреждении, фазово-структурных превращениях. Систематизирован богатый литературный материал и результаты работы авторов по изучению дислокационной структуры, особенностей деформации и разрушения монокристаллического Ti3Al. Книга адресована научным работникам, магистрам, аспирантам и студентам старших курсов физико-технических специальностей, а также изучающим дефекты и их влияние на свойства твердых тел.

Исследовано влияние температуры старения на микроструктуру и механические свойства ферритно-мартенситной стали ЭК-181, подвергнутой закалке и последующей ультразвуковой обработке. Показано, что после высокотемпературного старения при 720С в поверхностных слоях стали образуется нанокристаллическая структура а-фазы с карбидами ванадия по границам зерен.

Изложены основы теории границ зерен, позволяющей описывать термодинамические и диффузионные свойства равновесных и неравновесных границ в металлах. Описаны основные зернограничные процессы: возврат, рекристаллизация, зернограничное проскальзывание и упрочнение. Рассмотрены приложения теории, связанные с описанием особенностей поведения микрокристалличесикх металлов, сверхпластичных сплавов, материалов, деформируемых в условиях ползучест, и др. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, студентов, аспирантов, специализирующихся в области физики конденсированного состояния, физики металлов и физического материаловведения.

Книга представляет собой сборник статей, посвященных последним достижениям в области исследования межзеренных границ, атомной структурой которых определяются многие механические свойства поликристаллических материалов. Книга рассчитана на специалистов по физике твердого тела, занимающихся исследованиями и применениями поликристаллов, а также на аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей.

Изучена микроструктура поверхностного слоя металлокерамического сплава (TiC - никельхромовый сплав) после его облучения электронными пучками с разными плотностью энергии и длительностью импульсов облучения. Установлены закономерности формирования структуры в поверхностном слое металлокерамического сплава в зависимости от режимов электронно-импульсного облучения.

Рассмотрена возможность привлечения неорганических реагентов для экспрессного определения свойств поверхности нанопорошков меди, полученных в различных условиях электрического взрыва проводника и газового синтеза; выполнена адаптация метода термопрограммированной десорбции аммиака для нанопорошковых объектов; проанализированы особенности формирования активных центров в нанопорошках в зависимости от условий их синтеза.

Методом микрокалориметрии исследована реакционная способность нанопорошков меди, полученных механической обработкой или электровзрывом проводника, при их взаимодействии с ледяной уксусной кислотой. Для оценки реакционной способности использованы два параметра: тепловой эффект реакции и максимальная скорость выделения тепла.

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.

Приведены результаты исследований по синтезу фталоцианина меди с использованием электровзрывных и газофазных нанопорошков меди. Показано, что преимущество нанореагентов проявляется в снижении температуры синтеза и повышении выхода тонкокристаллического продукта. Обсуждается влияние природы нанопорошков и растворителей на протекание модельной реакции.

Разработан а многоуровневая модель деформируемого поликристалла, согласно которой в основе самосогласования деформирующихся зерен лежит развитие в их границах ротационно-волновых потоков планарных структурных трансформаций. В рамках инженерии границ зерен компьютерным моделированием выявлены два типа ротационно-волновых потоков, которые определяются углом разориентации смежных зерен. Первый тип зернограничных потоков развивается в малоугловых границах и характеризуется малой кривизной.. такие потоки генерируют в объем зерен дислокации. Зернограничные потоки второго типа развиваются в большеугловых границах и имеют большую кривизну. Они формируют в приграничных зонах и инжектируют в объем зерен полосы кривизны, которые вызывают фрагментацию зерен и сильное нарушение трансляционной инвариантности. Приводятся экспериментальные данные, подтверждающие предложенную многоуровневую модель.

Исследовано влияние параметров импульсного электролитического осаждения на закономерности формирования покрытий Au – Ni. Показано, что варьирование величины пиковой плотности тока, частоты импульсов и рабочего цикла позволяет эффективно управлять шероховатостью поверхности, микроструктурой и механическими свойствами гальванических покрытий.

Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных о характере структурно-фазовых состояний, формирующихся в поверхностном слое твердого сплава с высоким содержанием керамической компоненты (более 90 %) при импульсном облучении электронным пучком в плазмах инертных газов с различными значениями энергии ионизации и атомной массы и влияния формирующихся структурно-фазовых состояний на стойкость поверхностного слоя твердого сплава при резании металла. Показано, что эффективность импульсного электронно-ионно-плазменного облучения как метода наноструктурирования керамической компоненты в поверхностных слоях твердых сплавов зависит от значений энергии ионизации и атомной массы плазмообразующего газа — с понижением энергии ионизации и повышением атомной массы плазмообразующего газа происходит ускорение процессов растворения в расплаве металлического связующего частиц керамической компоненты, проявляется ускоренное диспергирование керамических частиц до наноразмерной масштабности. В результате наноструктурирования керамической компоненты в поверхностном слое в 1,5 раза повышается стойкость пластин из твердого сплава при резании металла.

Предложен и развит подход к численному решению прикладных задач разрушения прочных сред и твердых тел, основанный на идеях эволюции и самоорганизации нелинейных систем в процессе нагружения. Предложенная методика позволяет рассматривать катастрофические явления как развитие событий в режимах с обострением. Нагружаемая полем сил тяжести геосреда, в том числе содержащая различные полости антропогенного происхождения (скважины, штреки и лавы в шахтах, различные подземные сооружения), рассматривается как нелинейная динамическая блочная система, эволюционирующая в поле сил по законам синергетики. Механическое поведение таких нелинейных динамических систем исследуется с континуальной макроскопической точки зрения, что позволяет эффективно использовать подходы и численные методы механики сплошных сред для моделирования процессов деформации и разрушения. На высокопроизводительном вычислительном кластере выполнены расчеты эволюции состояния и обрушения кровли над выработанным пространством в зависимости от скорости подвигания забоя. Показано, что при высоких скоростях подвигания забоя реализуются существенно неравновесные режимы эволюции нагруженного массива, в результате чего зависают протяженные участки пород покрывающей толщи, что может привести к их катастрофическому обрушению.

В монографии представлены результаты исследований по одному из основных научных направлений "Фундаментальные закономерности, физико-математические и структурные модели синтеза и функциональные свойства нанокристаллических частиц, материалов и покрытий" Научно-образовательного центра Томского госуниверситета "Физика и химия высокоэнергетических систем", организованного по гранту Фонда гражданских исследований и развития (CRDF) российско-американской программы "Фундаментальные исследования и высшее образование" (BRHE). Исследования посвящены проблемам синтеза наночастиц в конденсированных средах, компьютерному моделированию формирования биметаллических нанотрубок и их поведения в условиях внешних воздействий, закономерностей деформации и разрушения наноматериалов при динамическом нагружении, экспериментальным исследованиям механических свойств нанокристаллических металлических и керамических материалов при различных условиях нагружения. Для специалистов в области создания нанотехнологий и наноматериалов конструкционного назначения, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Книга посвящена одному из наиболее быстро развивающихся разделов современного физического металловедения. Наряду с механизмами явлений, происходящих при рекристаллизации, обсуждаются конкретные примеры технологических процессов. Обзор результатов, полученных в этой области со времени выхода книги за рубежом, приводится в послесловии. Для книги характерно ясное изложение материала, широта рассматриваемых проблем. детальное обсуждение нерешенных вопросов. Книга рассчитана на научных работников, занятых в области металловедения, металлофизики, физики твердого тела. Может быть полезна аспирантам и студентам-старшекурсникам, делающим первые шаги в науке.

В монографии впервые обобщаются результаты исследования модификации поверхностных слоев металлических материалов, основанной на импульсном плавлении с помощью широкоапертурных (до 80 см2) низкоэнергетических (10-40 кэВ) сильноточных (до 30 кА) электронных пучков (НСЭП) микросекундной (0,7-5 мкс) длительности. Изложены все практически важные аспекты; получение интенсивных импульсных электронных пучков в вакуумных и плазмонаполненных диодах; тепловые и термомеханические процессы при воздействии НСЭП на металлические материалы; закономерности модификации поверхностных слоев меди, железа, титана, ряда легированных сталей и легких сплавов; закономерности формирования поверхностных сплавов; проблема кратерообразования на облучаемой поверхности и методы её решения; применение НСЭП-обработки для улучшения поверхностно-чувствительных свойств биомедицинских, электрофизических и промышленных материалов и изделий. Для специалистов в области модификации материалов импульсными потоками энергии.

Проведено исследование влияния отжигов, в том числе и в условиях диффузии примеси из внешней среды (покрытия) по границам зерен, на эволюцию структуры зернограничного ансамбля субмикрокристаллического молибдена, полученного методом интенсивной пластической деформации (ИПД). Показана зависимость распределения границ зерен по разориентировкам от величины деформации, задаваемой в процессе ИПД. Установлено, что зернограничные диффузионные потоки атомов никеля с поверхности приводят к увеличению в зернограничном ансамбле субмикрокристаллического молибдена доли границ зерен специального типа. Предполагается, что это связано с зарождением в результате воздействия зернограничных диффузионных потоков никеля новых зерен.

Наиболее действенным способом добычи высоковязкой нефти остается метод паротеплового воздействия на залежь. Однако при закачке пара возникает проблема низкого охвата пласта паром, из-за чего эффективность такого воздействия на поздней стадии разработки снижается. Повысить эффективность паротеплового воздействия можно путем его сочетания с физико-химическими методами, с применением гелеобразующих и нефтевытесняющих композиций. В обзоре представлены результаты лабораторных исследований и промысловых испытаний на месторождениях России и Китая новых физико-химических технологий, разработанных в ИХН СО РАН для увеличения нефтеотдачи залежей высоковязких нефтей.

Методами теории функционала электронной плотности исследованы электронная структура и магнитные свойства возможных типов контактов на границе раздела (001) между сплавами Гейслера составов XYZ и X2YZ (NiMnSb и Co2MnSi) и полупроводниками III-V групп (InP и GaAs). Показано, что в обоих случаях максимальная спиновая поляризация достигается на контактах Ni/P(As) или Co/As. Исследовано влияние структурных дефектов на поверхности и границах раздела на спиновую поляризацию на уровне Ферми. Проведен анализ природы состояний на границе раздела сплав Гейслера-полупроводник и электронных факторов, способствующих потере или сохранению полуметаллического поведения на рассмотренных контактах. Расчеты локальных магнитных моментов показали, что магнитные свойства контактных атомов не изменяются значительно на границах раздела вследствие частичной компенсации их координации за счет атомов полупроводника. Увеличение степени спиновой поляризации может быть достигнуто за счет легирования на подрешетке Х-элемента.

В деформируемом в условиях ползучести бикристалле выделены дополнительные по отношению к плотностям зернограничных дефектов переменные (параметры порядка), связанные с очагами пластической деформации. На основе анализа решения уравнений эволюции для параметров порядка показано, что неравномерность, цикличность собственного зернограничного проскальзывания в бикристаллах, увеличение скорости межзеренной деформации в условиях взаимодействиях границы с решетчатыми дислокациями могут быть связаны с возбуждением на границе зерен неравновесных локализованных областей - автосолитонов.

На основе уравнений полевой теории дефектов, замкнутой определяющим соотношением вязкоупругих тел, рассмотрены закономерности распространения плоских волн поля дефектов через границу раздела. Записаны граничные условия, определяющие соотношения параметров поля дефектов на границе раздела, что позволило получить выражения для коэффициентов отражения и преломления и сдвига фаз волн на границе раздела.

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.

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.

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов изучено влияние напряженного состояния границ раздела структурных элементов в блочных средах на их деформационный отклик при динамических воздействиях. Полученные результаты позволили выделить ряд параметров деформационного отклика, величина которых претерпевает качественное изменение при изменении характера напряженного состояния. В качестве таких параметров выступают величина инициированного воздействием относительного тангенциального смещения блоков и некоторые характеристики частотного спектра скоростей таких смещений. Проведенный анализ позволяет предложить комплексный подход к диагностике напряженного состояния фрагментов активных границ раздела в блочных средах различной природы, в частности в иерархически организованной геологической среде.

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.

Проведено изучение возможности направленного воздействия на процесс релаксации локальных напряжений в интерфейсных средах, находящихся в сложном напряженном состоянии, путем изменения состояния границ раздела структурных элементов. Исследования проводились на примере ледового покрова озера Байкал, который представляет собой иерархически организованную разломно-блоковую среду и относится к классу интерфейсных сред. Показано, что изменением состояния границ раздела структурных элементов можно направленным образом менять режим деформации интерфейсной среды в целом. теоретически подтверждена общность полученного эффекта.