1. Охарактеризувати вплив розміру зерна на твердість, міцність та відносне видовження наноструктурного матеріалу. Вказати можливі причини відхилення від закону Холла–Петча.

Изменение механических свойств от размера зерна описывает уравнение холла петча:

σ_Τ = σ₀ + Kd^−1/2, где σ₀ — некоторое напряжение трения, которое необходимо для скольжения дислокаций вмонокристалле, а K — индивидуальная для каждого материала константа

Для наноматериалов с размером зерна порядка нескольких десятков нанометров этот закон в той или иной мере нарушается, и проявляется так называемый обратный эффект Холла-Петча

И з уравнения следует что умеьшение зерна должно приводить упрочнению материала. При этом для нанометрового размера даже при комнатной температуре дифузионное скольжение приобретает важную роль, значительно увеличивая скорость деформации. Таким образом влияние размера зерен на прочносные свойства неоднозначно и зависит от соотношения изминения предела текучести и скорости деформации. Микротвердостть нанокристалической структуры в 2-7 раз выше чем обычного материала.

2. Яка структура наноматеріалів забезпечує, як високу міцність, так і достатню пластичність (до 65 %)?

Зразки з міді після рівноканального кутового пресування (РКУП 16 проходів) мають зерно 100нм. Міцність вище ніж в наклепаому стані та пластичність 45%

Неоднозначное выполнение закона холла петча наблюдается для нанокристаличных сплавов полученых кристализацией аморфных сплавов

Контроль структуры нанокристалических и квазикристалических материалов, получених кристализацией аморфных сплавов, является эфективным средством достижения высокой прочности на растяжение в сочетании с хорошей ковкостью.

3. Охарактеризувати вплив структури наноматеріалів на здатність демпфірувати коливання. Навести експериментальні факти, що підтверджують даний ефект.

Демфирование - снижение вибрации. Чем меньше прочность материала тем больше демфирование.

Чем меньше размер кристалитов и более неравовесны граници зерен тем выше фон внутренего трения и выше демфирующие свойства. У меди 200 нм. Фон в 3-5 раз выше чем у крупнозернистых образцов и в 2-3 раза више чем у серого чугуна. Эти особености связаны с различием модулей упругости зерен и межзеренних границ. СМК материалы можно расматривать как неоднородные для распространения упругих колибаний. В отличии от обычних материалов они позволяют получить одновременно высокие прочносные и демфирующие свойства.

4. Охарактеризувати здатність наноматеріалів, зокрема керамічних, до надпластичності.

Сверхпластичность характеризуется исключительно большим относительным удлинением материала при растяжении [525]. Впервые это явление было продемонстрировано в 1934 году на примере удлинения сплава Sn—В более чем в 20 раз [526]. Сверхпластичность керамики впервые обнаружена в 1985 году на поликристаллическом тетрагональном оксиде Zr02, стабилизированном оксидом иттрия Y203 [527]. Позднее сверхпластичность наблюдали на двухфазной композиционной керамике Si^N^SiC [528], на других керамических материалах.

Сверхпластичность очень важна для получения изделий из керамических материалов формованием, твердофазным спеканием, горячим прессованием при достаточно низких температурах. Благодаря сверхпластичности достигается высокая точность размеров керамических изделий очень сложной формы, имеющих внутренние полости и поверхности с меняющейся кривизной.

Согласно [529], сверхпластичность керамики в наибольшей степени проявляется при размере зерен менее 1 мкм, причем размер зерен должен сохраняться неизменным при повышении температуры как можно дольше. Например, в нанокристаллическом компактированном оксиде магния /гс-MgO размер зерен остается почти неизменным при отжиге вплоть до температуры 800—900 К [509]. В оксиде циркония Zr02 рост зерен при подъеме температуры подавляется небольшими добавками Y203. В двухфазной керамике на основе нитрида и карбида кремния рост зерен матричной фазы подавляется благодаря дисперсионному выделению зерен второй фазы. Факторами, повышающими пластичность керамики, являются также высокоугловая разориентировка границ зерен и наличие небольшого количества межзеренной аморфной фазы [530]. В нанокристаллическом состоянии некоторые керамические материалы (например ТЮ2 [531]) становятся пластически деформируемыми уже при комнатной температуре.

13. Писати сутність технології отримання порошків методом випарювання з наступною конденсацією. Вказати переваги та недоліки.

Термічне випаровування. При даному методі проводять нагрівання речовини, що випаровується, у тиглі. При цьому використаються різні способи нагрівання (високочастотний індукційний, електронно-променевий, електродуговий, лазерний), як правило, з використанням високоінтенсивних джерел енергії.. Типова принципова схема одержання нанопорошка цим методом показана на рис. 2.1.

Рисунок - 2.1. Принципова схема одержання нанопорошка методом термічного випаровування та конденсації матеріалу з парової фази

Одержані цим методом порошки мають сферичну або огранену форму і можуть бути, як металевими, так і уявляти собою інтерметаліди або інші з'єднання. Термічним випаровуванням оксидів електронним пучком в інертній атмосфері одержують порошки аморфних Al₂O₃ , Si₂O і кристалічного Y₂O₃. Перевагою методу є одержання чистих порошків з вузьким розподілом частинок за розмірами, а недоліком - низька продуктивність процесу. Даний недолік є тимчасовим і обумовлений не самою технологією процесу, а відсутністю великих установок для виробництва нанопорошків у промислових масштабах.

13. Писати сутність технології отримання порошків з застосуванням псевдорідкого шару. Вказати переваги та недоліки.

При використанні методу розмелу в псевдорідкому шарі здрібнювання частинок порошку відбувається внаслідок їх зіткнення між собою. Принципова схема процесу показана на рис. 2.3.

1-живильний пристрій, 2- бункер з вихідними частинками речовини, 3- система подачі частинок у камеру розмелу, 4- псевдорідкий шар, 5- сопла подачі газу, 6- трубопровід подачі газу високого тиску, 7- камера для розмелу, 8- сепаратор, 9- вихідний колектор газу із дрібними частинками

Рисунок.2.3 – .Схема установки для розмелу в псевдорідкому шарі

При цьому процеси взаємного зіткнення частинок, розігнаних до високих швидкостей у струмені газу, відбуваються в середині псевдорідкого шару, утвореного цими частинками. Тільки дуже незначна кількість частинок стикається зі стінками камери, у якій здійснюється процес розмелу.

У нижній частині робочої камери є система сопел, з яких під високим тиском виходить газ. Газові струмені, що утворюються, зустрічаються один з одним у центрі нижньої частини камери, розпушують речовину, що подрібнюється, і утворюють псевдорідкий шар. У цьому шарі розмелюють частинки, що з великими швидкостями перемішуються від країв до центра камери. Із зони розмелу потік частинок переноситься струменями газу у верхню частину установки, у якій є сепаратор для поділу частинок за розмірами. Частинки менші потрібного розміру несуться з потоком газу в систему фільтрів, де відокремлюються від газового потоку і попадають у накопичувальний бункер. Великі частинки сепаратор направляє назад у зону розмелу.

Порошки, одержані цим методом, відповідають високим вимогам по чистоті, мають високу однорідність і містять частинки приблизно однакового розміру. Інтенсивний потік газу істотно зменшує нагрівання частинок при подрібненні. Це дозволяє обробляти аморфні і нанокристалічні порошки. Основний недолік - складність і висока вартість технологічного устаткування при одержанні порошків з нанорозмірними частинками.