Вопрос.Микроструктура компактных нанокристаллических материалов
Различие свойств нанокристаллических и крупнозернистых поликристаллических веществ связано с разной величиной кристаллитов и чрезвычайно развитыми границами раздела, содержащими до 50 % атомов нанокристалла. В настоящее время многие исследователи компактных нанокристаллических материалов полагают, что специфика их свойств (особенно, механических) в первую очередь обусловлена именно протяженностью и особым строением границ раздела. По этой причине изучение микроструктуры компактных нанокристаллических веществ сосредоточено, в основном, на выяснении особенностей строения межзеренных границ.
3.1 Границы раздела в компактированныхнаноматериалах
Плотность нанокристаллических материалов, полученных разными методами компактированиянанопорошков, составляет от 70-80 % до 95-97 % теоретической плотности. В простейшем случае нанокристаллический материал, состоящий из атомов одного сорта, содержит два компонента, различающихся по структуре: упорядоченные зерна (кристаллиты) размером 5-20 нм и межкристаллитные границы шириной до 1,0 нм. Все кристаллиты имеют одинаковую структуру и отличаются только своей кристаллографической ориентацией и размерами. Структура границ раздела определяется типом межатомных взаимодействий (металлические, ковалентные, ионные) и взаимной ориентацией соседних кристаллитов. Разная ориентация соседних кристаллитов приводит к некоторому понижению плотности вещества в границах раздела. Кроме того, атомы, принадлежащие границам раздела, имеют иное ближайшее окружение, чем атомы в кристаллитах. Ширина границ раздела, определенная разными методами на различных компактных нанокристаллических материалах, составляет от 0,4 до 1,0 нм. Применение электронной микроскопии высокого разрешения показало, что в наноматериалах, как и в обычных поликристаллах, атомы границ раздела находятся под влиянием только двух соседних кристаллитов. Поры были обнаружены только в тройных стыках, а не по всей протяженности границ раздела; плотность атомов в межкристаллитных границах оказалась практически такой же, как в кристаллитах.
|
|
|
Действительно, границы раздела компактированныхнанокристаллических материалов могут содержать три типа дефектов: отдельные вакансии; вакансионные агломераты или нанопоры, образующиеся в тройных стыках кристаллитов; большие поры на месте отсутствующих кристаллитов. Эти дефекты являются структурными элементами границ раздела с пониженной плотностью. Пренебрежение наличием свободных объемов приводит к заметным ошибкам при определении объемной доли границ раздела в нанокристаллических материалах. Наиболее надежным методом изучения свободных объемов в нанокристаллическихкомпактированных материалах является аннигиляция позитронов. В бездефектных металлах позитроны аннигилируют из свободного состояния характерным временем жизни. Захват позитронов такими дефектами как вакансии, вакансионные скопления (нанопоры) или поры приводит к увеличению времени жизни позитронов; по величине времени жизни можно судить о типе дефекта. Время жизни позитрона тем больше, чем больше размер дефекта.
|
|
|
3.2 Особенности структуры субмикрокристаллических металлов
В настоящее время ясно, что модель газоподобной структуры не соответствует реальному строению границ раздела в нанокристаллических материалах. Альтернативой ей является представление о неравновесных границах раздела, обладающих повышенной энергией из-за наличия дислокации непосредственно в границах раздела и некомпенсированных дисклинаций в тройных стыках. Дальнодействующее поле напряжений неравновесных границ раздела характеризуется тензором деформации, компоненты которого внутри зерна пропорциональны г~1'2 (г — расстояние до границы зерна). Следовательно, поле напряжений приводит к возникновению упругих искажений кристаллической решетки, величина которых максимальна вблизи границ раздела.
|
|
|
Электронная микроскопия показывает, что основной особенностью структуры СМК материалов является наличие проивольноразориентированных неравновесных границ зерен. Для неотожженных СМК металлов и сплавов характерно наличие на зернах (вдоль их границ) контуров экстинкции, свидетельствующих о больших упругих напряжениях. Поскольку плотность дислокации внутри зерен заметно меньше, чем на границах раздела, то именно неравновесные границы раздела являются основным источником упругих напряжений. После отжига многие зерна полностью очищаются от дислокации, экстинкционные контуры исчезают и на границах раздела появляется полосчатый контраст, типичный для равновесного состояния. Последнее указывает, что произошла релаксация этих границ. Еще одним свидетельством наличия упругих напряжений в границах раздела являются экспериментально наблюдаемые локальные искажения решетки кристаллитов вблизи их границ.
О некотором сходстве микроструктуры нано- и субмикрокристаллических материалов и, в частности, о наличии в них свободных объемов одинакового типа свидетельствуют результаты, полученные методом аннигиляции позитронов. В процессе отжига субмикрокристаллических материалов наряду с релаксацией границ раздела происходит рост зерен, причем резкое скачкообразное изменение свойств СМК-металлов наблюдается после отжига в той же области температур, при которой начинается рост зерен.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 325; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!