Структурно-детерминированные ансамбли микропор и прочность твердых тел - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» В.В.Рыбин Доктор физико-математических наук, ФТИ им.А.Ф.Иоффе Б.И. Защита состоится 16 апреля 2009 в 15 часов на заседании Диссертационного Совета Д 002.205.01 при Учреждении Российской академии наук Физико-технического института им.Научная новизна работы заключается в том, что: - определенные в эксперименте сложные распределения микропор по размерам следует рассматривать, как совокупность достаточно фиксированных фракций, связанных с определенными элементами структуры материала или другим типом локализации, что и формирует понятия ансамбля микропор в твердом теле. предложенная модель возникновения перенапряжений в ансамбле микропор позволила показать, что разрушение хрупких и малопластичных твердых тел происходит при достижении на межпоровом промежутке напряжений, близких к теоретической прочности, причем, в зависимости от вида нагружения, это реализуется при средних или локальных значениях статистических параметров пористости. Результаты работы являются новыми и вносят существенный вклад в понимание роли коллективных эффектов в системе микропор в формировании комплекса прочностных свойств твердых телах разного строения и уровня пластичности. Ряд результатов имеет определенную практическую значимость: - созданы научные основы для практической разработки методов повышения механических свойств и ресурса долговечности для широкого круга конструкционных материалов за счет залечивания микропор разработан комплекс методов исследования пористости и способов обработки результатов, позволивший определить параметры пористости в широком круге кристаллических, аморфно-кристаллических и аморфных материалов Положения, выносимые на защиту: • На основе экспериментально определенных параметров ансамблей микропор, имеющих различную природу, в твердых телах разного типа показано, что каждая подсистема (фракция) микропор связана с характерными элементами структуры материала.В трех главах этого раздела рассмотрены методические аспекты исследования пористости в разных классах твердых тел, результаты определения параметров поровых ансамблей в материалах, содержащих врожденную (технологическую) пористость, а также результаты исследования пористости, возникающей при деформации металлов.В первой главе раздела рассмотрены методические вопросы исследования пористости, в основном, для случаев, когда методика использована впервые или проведена ее существенная модернизация. Для получения усредненной информации о параметрах микропористости в твердых телах в работе широко использовался метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами (МРР). Зная зависимость интенсивности рассеяния I от угла ?, можно определить размер H и концентрацию N рассеивающих неоднородностей , , А и В - коэффициенты, зависящие от коллимационных условий (подход Гинье), а используя инвариант Порода Q (, где s - вектор рассеяния), еще ряд их параметров. Однако до сих пор сохраняется проблема интерпретации результатов измерений, т.е. идентификации типа неоднородностей электронной плотности. Суть применения этого метода к исследованию микро и нано пористости заключается в двух физических эффектах - зависимости температуры плавления льда от радиуса кривизны поверхности и различии формы линий ПМР спектра жидкой воды и льда.Во второй главе раздела рассмотрены результаты исследования ансамблей микропор в материалах, в которых поры возникли за счет технологии их изготовления. Во всех сериях образцов SIC керамики методами МРР, оптической и сканирующей микроскопии, дилатометрии было выявлено три характерных фракции пор. Распределение пор каждой фракции по размерам хорошо описывается экспоненциальной формулой типа (2) со своими значениями N0i и gi Анализ показал, что в SIC керамике формируется многоуровневая система пор, связанная с технологий изготовления материала. На рис.2 приведена кривая дифференциального распределения пор по размерам в одном из исследованных типов керамики.В третьей главе раздела рассмотрены вопросы развития пор, возникающих при деформации материалов, конкретно, для случая высокотемпературной ползучести поликристаллических металлов. Особенности исследования пористости, возникающей при высокотемпературной ползучести металлов. Наиболее корректно, как показал анализ, определяются следующие параметры: интегральная величина пористости Р, степень повреждения границ зерен порами ?S/S, отношение главных осей эллипсоида a/b, которым апроксимируются поры, средний размер зерна Н. Пористость в поликристаллах Cu, Ni и, частично, Zn создавалась за счет растяжения в режиме высокотемпературной ползучести (ВТП), когда реализуется зернограничная деформация материала.