Размерни ефекти от синтероване и прекристализация на ултрафини среди
Глава I. Специфични характеристики на процесите на синтероване и рекристализация в ултрадисперсни среди 10
1.1. Процеси на приплъзване по границите на зърната и съвременни модели на структурата на границите II
1.2. Неравности на границите и техният ефект върху кинетиката на свиване на ултрафини прахове 15
1.3. Преместване на границите в ултра-дисперсна среда и нейните;
връзка между процесите на пренос на маса 19
1.4. Заключение и постановка на задача 21
Глава 2. Началният етап на свиване на ултрадисперсна среда 23
2.1. Свръхпорести структури на базата на малки частици 23
2.2. Взаимодействие на главните частици по границите, разрез. Обобщение на теорията на Райс за твърди решетки 28
2.3. Кинетика на свиване на ултрафини прахове на ранен етап 43
2.4. Изводи към втора глава 52
Глава 3
разпръснати медии 53
3.1. Отчитане на еластичното регулиране на атомите в контактната зона между частиците и ефекта от регулирането върху началния етап на свиване на ансамбъл от малки частици 53
3.2. Ансамбли от малки частици с разлика в периодите на кристалните решетки 58
3.3. Примеси на границата на малки частици и тяхното влияние върху свиването на ансамбъл от частици.
3.4. Влияние на налягането върху енергията на активиране на движението на малки частици и скоростта на тяхното свиване 72
3.5. Изводи към трета глава 74
Глава 4. Анализ на гранична миграция в ултра-дисперсна среда 75
4.1. Спецификата на процеса на рекристализация в ултрадисперсни среди 75
4.2. Анализ на моделите на гранична миграция 78
4.3. Анализ на типове модели на генериране на дефекти чрез преместване на граници 81
4.4.Самосъгласуван модел на колективна рекристализация с участието на неравновесие
свободни позиции в ултрадисперсни медии 87
4.5. Условието, необходимо за започване на рекристализация в режим на самоактивиране 96
4.6. Влияние на неравновесните свободни места, създадени в процеса на прекристализация, върху процесите на пренос на маса в UDS 99
4.7. Генериране на неравновесни дефекти при пластична деформация UDS 106
4.8. Уравнението за свиване на ултрадисперсна среда в
наличие на неравновесни свободни места 109
4.9. Изводи към четвърта глава III
Глава 5
5.1. Зависимост на размера на температурата на топене на малки частици 113
5.2. Активиране на дифузионни процеси и фазови трансформации в ултрафини среди по време на пластична деформация и рекристализация 115
5.3. Изводи към пета глава 124 Общи изводи 126
Физическите свойства на ултрадисперсните среди (UDS) откриват изключителни перспективи за използване на материали, базирани на тях, за решаване на проблемите на науката за материалите по отношение на повишаване на якостните свойства, ударната якост и др. UDS също са намерили приложение поради уникалните си свойства в радиоелектрониката, ядрената енергетика и други сектори на икономиката.
Във физиката на кондензираната материя физиката на малките частици заема междинна позиция между молекулярната физика и физиката на твърдото тяло. Изследването на междинния регион е много важно от теоретична гледна точка за по-нататъшно разбиране на проблемите, свързани с процесите на релаксация в ултрафини прахове (UDPs), структурни свойства на малки частици (MPs) и т.н., както и от технологична гледна точка. За фундаментална наука, учетеИндивидуалните и колективните свойства на MP изискват преразглеждане на установените физически принципи, въвеждане на концепции за нови механизми и търсене на нетрадиционни методи за изследване на ултрадисперсното състояние на материята.
Еволюцията на плътността на UDS от изходно състояние - прах, до крайно състояние - материал с ултрафини зърна, протича в няколко етапа, които условно могат да бъдат разделени на три етапа.
Вторият етап в еволюцията на плътността на UDS съответства на порьозност от 0 60% - 40%, когато основният процес на масов трансфер е плъзгането на частиците една спрямо друга, което води до уплътняване на UDS.
Третият етап съответства на интензивния растеж на UDS зърната поради активния характер на прекристализацията; порьозността на този краен етап е от порядъка на няколко промени. Наличието на първите два етапа от еволюцията на уплътняването е характерно само за UdTG.
По времето, когато тази работа беше създадена, изследването на редовността на всеки етап на свиване на UDP, изясняването на условията, характерни за всеки етап за размерите на W, и обсъждането на механизмите, свързани с тях, не бяха систематично проведени.
В тази връзка темата на дисертационния труд е актуална.
Дисертацията се състои от увод, пет глави, заключения и гарафа, съдържаща 118 заглавия.
В първата глава е направен анализ на литературните източници, посветени на изследването на свойствата на границите, чийто принос е раздробяването към кинетиката на свиването на UDS. При разглеждането на границите в MP ансамблите се обсъжда спецификата на тези граници. Показано е осъществимостта на концепциите, първоначално разработени в изследването на растежа на епитаксиални филми, за описване на процесите на приплъзване HI в ранен етап на свиване. Анализирани са литературни данни за изследване на гранични нередности, по-специално,примеси, дефекти и др., които влияят върху процесите на приплъзване, гранична миграция и активирано синтероване. Обсъждат се съвременните представи за размерната зависимост на хомоложните температури за масообменни процеси в UDS.
Целта на тази работа е да се установят закономерности и да се обяснят размерните ефекти от синтероването и прекристализацията на ултрафини среди.
Във втора глава е разгледан възможен механизъм за образуване на суперпорести структури на базата на малки частици и са дадени условията за размерите на частиците за реализиране на такива структури. Разглежда се количествен модел за изчисляване на порьозността на тези структури. Въз основа на концепциите, разработени за първи път от Райс за изследване на епитаксиалния растеж на островни филми върху кристален субстрат, се определят енергиите на активиране за относителното приплъзване на взаимодействащи двуизмерни кристални решетки с различни структури и топологии. Доказани са основните леми за твърди решетки. Въвежда се концепцията за механизма на приплъзване на MP, за да се опише началният етап на свиване на UDS. Дадено е кинетично уравнение за свиване на UDS за този механизъм при предположенията на теорията на средното поле. Показано е, че други процеси на масов трансфер не са конкурентни в сравнение с този механизъм.
В третата глава се анализира взаимодействието на двумерни кристални решетки, като се вземе предвид еластичното настаняване на контактуващите атоми. Изведена е съответната корекция към енергията на активиране на взаимното приплъзване. Разгледано е взаимодействието на решетки с разлика в периодите и за тях е изведена ефективната енергия на активиране на взаимното приплъзване. Изследва се влиянието на примесите върху съответната енергия на активиране. Ефектът Arte-Wacek е теоретично обоснован, приложен към UDS, въз основа на факта, че примесните атомичастиците, разположени на повърхността, могат да стимулират или противодействат на взаимното приплъзване на MPs в началния етап на свиване и по този начин да променят характерното време на свиване. Показано е, че характерните хомологични температури за различни процеси на релаксация зависят от дисперсията. Въз основа на концепциите за спектралната плътност на вибрационните състояния в МП е изведена зависимостта на температурата на топене на частиците от техните размери и състоянието на повърхността. По-специално, установено е, че в случай на фиксирана повърхност (наличие на оксиден филм) температурата на топене се повишава, докато за свободна повърхност тя намалява.
Четвъртата глава разглежда миграцията на границите по време на UDS рекристализация. Предложен е микроскопичен механизъм на гранична миграция и също се обсъждат механизмите за генериране на точкови дефекти по време на гранично движение в UDS. За всеки от механизмите са дадени подходящи оценки, като е разгледано и влиянието на натиска върху процеса на гранична миграция. Дадено е описание на процеса на пълна и непълна колективна рекристализация в UDS. Въз основа на разработения подход са дадени оценки за максималната плътност на неравновесните свободни места и характерното време за достигането й за различни механизми на гранична миграция. Изведен е характерният кинетичен мащаб за процеса на активния стадий на рекристализация и са разгледани условията за протичането му. Дифузионно-вискозният поток на UDS се разглежда като приложен към гранична миграция и се изчислява ефективният вискозитет на UDS. Анализирана е възможността за генериране на дефекти при пластична деформация на UDS. Дадени са оценки за плътността на създадените свободни работни места в зависимост от дисперсията. Дадена е оценка на критичното налягане на началото на пластичната деформация UDS.
Петата глава е посветена на експериментално сравнение на заключенията от предходнатаглави Резултатите от разработения подход за началния етап на свиване на UDS с доминиращ механизъм на приплъзване са сравнени с експеримента. Дадено е сравнение с експеримента на получените резултати за пренасищане на UDS с излишни свободни места в режим на прекристализация. Сравняват се експерименталните и теоретичните резултати за топенето на дисперсни системи с различни гранични условия на повърхността на частиците.
За защита се представят следните резултати и положения:
I. Въз основа на анализа на процесите в интерфейсите на МП за първи път е обоснована ролята на механизма на движение на малките частици като цяло в ранния етап на свиване и е изяснена неговата размерна природа.
2. За ултрафини системи теоретично е обоснован ефектът от силно влияние върху кинетиката на свиване на малки (-0,1/at.) добавки на втория компонент, чиито атоми са разположени на интерфейсите, поради промяна в активационната бариера на взаимното приплъзване на MP.
3. Предложен е микроскопичен подход за описване на ефекта от промяната в температурата на топене въз основа на зависимостта от размера на фононния спектър на MPs. Показана е възможността за качествена промяна в температурата на топене в зависимост от наличието или отсъствието на огнеупорен съставен филм върху повърхността на частиците.
4. За първи път, въз основа на анализа на процеса на неконсервативна миграция на границите по време на прекристализацията на UDS, беше установено, че за кратък период от време (от порядъка на няколко минути) нивото на плътност на свободните места в UDS може да бъде сравнимо с нивото на плътност на свободните места при температури, близки до температурите на топене, и беше установен ефектът на размера на прекристализацията на UDS.
5. Въз основа на приложението на теорията на дифузионно-вискозния поток на поликристални тела за случая на активния етап на рекристализация на UDS е установено, че вискозитетът на UDSнамалява с няколко порядъка в сравнение с вискозитета на система със същата финост при липса на гранична миграция.