Координатор: акад. Панин В. Е.
Исполнители: ИФПМ, ИГиЛ, ИТПМ, ИФП, ИХТТМ, ИНХ, ИК, ИЯФ СО РАН
Задача формулировки общих принципов мезомеханики поверхности и внутренних границ раздела может дать основу мультидисциплинарного подхода к решению актуальных задач материаловедения в ряде областей науки и техники: физике, механике, химии, электронике, машиностроении, энергетике.
Применение атомно-силовой, сканирующей, туннельной, растровой электронной микроскопии, оптико-телевизионного измерительного комплекса высокого разрешения, фрактального анализа показало, что поверхностный слой и внутренние границы раздела в нагруженных материалах являются самостоятельными мезоструктурными уровнями деформации, которые играют важнейшую функциональную роль в поведении материалов в полях внешних воздействий (механических, электрических, механохимических и др.).
Все механизмы массопереноса в твердых телах в полях внешних воздействий можно описать как суперпозицию базовых мод локальных структурных превращений на различных масштабных уровнях. Данные структурно-фазовые переходы зарождаются на концентраторах внутренних напряжений различного масштаба и развиваются в полях градиентов напряжений как автоволновой релаксационный процесс распространения потоков различного рода дефектов кристаллической решетки: точечных, дислокаций, дисклинаций, мезо- и макрополос локализованного пластического течения (см. рисунок). Поверхностные слои и внутренние границы раздела контролируют развитие процессов массопереноса в нагруженном твердом теле.
Террасно-ступенчатая структура поверхности упруго сжатого образца интерметаллида Ni63Al37 (а) и двойная спираль мезополос локализованной деформации на поверхности образца субмикрокристаллического титана при растяжении на 24 % (б); потоки дефектов и зарождение цепочек дислокаций на поверхности деформированного до разрушения образца дуралюмина (в). Figure. Terrace-stepped structure of the surface of an elastocompressed intermetallide Ni63Al37 specimen (а); double spiral of localized deformation mesobands on the surface of a submicrocrystalline titanium specimen subjected to tension, 24 % (б), defect flows and generation of dislocation chains on the surface of a duralumin specimen deformed before fracture (в). |
Все виды массопереноса и связанное с ними пластическое формоизменение развиваются самосогласованно на различных масштабных уровнях и подчиняются принципу масштабной инвариантности. Нарушение такого самосогласования обусловливает деструкцию твердого тела, его фрагментацию на мезоуровне, деградацию и завершается разрушением материала или конструкции.
С использованием методов молекулярной динамики, подвижных клеточных автоматов, полевой теории дефектов, численного решения уравнений механики сплошной среды с учетом мезоскопических эффектов в определяющих соотношениях построены модели мезомеханики, описывающие зарождение и развитие на мезоуровне локализованных потоков дефектов, мезофрагментацию и разрушение как глобальную потерю сдвиговой устойчивости нагруженного материала на макромасштабном уровне. Теоретически подтверждена роль поверхностных слоев и внутренних границ раздела в зарождении и развитии локальных потоков дефектов, пластическом формоизменении и разрушении нагруженного материала.
На основе сформулированных принципов мезомеханики поверхности и внутренних границ раздела разработаны технологии создания конструкционных материалов с градиентными поверхностными и внутренними границами раздела: электронно-лучевая порошковая металлургия, газотермическое напыление с ультразвуковой обработкой, газодинамическое напыление термореагирующих порошков, экструзия дисперсно-упрочненных порошков. Механохимическая технология получения порошковых нанокомпозитов открывает возможность армировать поверхностные слои и внутренние границы в конструкционных материалах и сварных конструкциях.
Мезомеханика тонких пленок и многослойных структур для микроэлектроники и микропроцессорной техники позволяет контролировать влияние локальных напряжений на внутренних границах раздела на электронные характеристики микропроцессоров; управлять процессами деградации микропроцессорной техники, работающей при плотности тока ~10 6 A/ см2; находить пути повышения ее надежности и ресурса работы.
Разработаны принципиально новые неразрушающие методы контроля состояния поверхности, диагностики предразрушения нагруженных материалов и конструкций.
Список основных публикаций
Всего по проекту опубликовано более 30 статей в рецензируемых журналах.
В оглавление | Далее |