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 .

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. 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.