Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
Дислокации и дисклинации создают дальнодействующие поля на-
пряжений, концентрирующиеся вблизи границ зерен и тройных стыков, 
и являются причиной избыточной энергии границ зерен. Например, 
для субмикрокристаллической меди со средним размером зерен около 
200 нм избыточная энергия межзеренных границ достигает 0.5 Дж · м
–2
. 
Было отмечено различие микроструктур Ni и Сu, полученных одина-
ковой по значению интенсивной пластической деформацией: в суб-
микрокристаллическом никеле размер большинства зерен был около 
100 нм, тогда как в субмикрокристаллической меди размер зерен был 
от 5 до 100 нм и зерна меди содержали больше дефектов (дислокаций, 
двойников), чем зерна субмикрокристаллического никеля. Это озна-
чает, что в субмикрокристаллическом Ni перераспределение дислока-
ций в энергетически более выгодные конфигурации (например, в ряды 
дислокаций) происходит уже в процессе интенсивной пластической де-
формации, тогда как в субмикрокристаллической меди такое перерас-
пределение даже не начинается. Данные результаты показывают, что 
микроструктура любого материала, полученного интенсивной пласти-
ческой деформацией, должна сильно различаться на разных стадиях де-
формации; кроме того, она весьма существенно зависит от вида дефор-
мации (давление, сдвиг или кручение) и ее параметров (температура, 
деформация, скорость и продолжительность приложения деформации) .
Кручение под квазигидростатическим дав лением
(кру-
чение под давлением, КД, КГД) (англ. 
torsion under quasi-hydrostatic 
pressure
) — метод интенсивной пластической деформации, осущест-
вляемый путем одновременного сжатия тонкого образца между дву-
мя бойками и его кручения в результате поворота одного из бойков 
на определенный угол.
Основная деформация при методе КД осуществляется за счет кру-
чения образца. Прилагаемое соосно давление, достигающее обычно 
несколько гигапаскалей, играет двоякую роль. Во-первых, оно созда-
ет в центральной части образца область квазигидростатического сжа-
тия, препятствующего разрушению образца. Во-вторых, оно увеличи-
вает силу трения между бойками и образцом. Благодаря большой силе 
трения, крутящий момент от подвижного бойка передается образцу, 
и он деформируется кручением.
Метод кручения под высоким давлением (рис. 2.5) основан 
на принципе наковален Бриджмена, в которых образец помещается 

---

123
2.7. интенсивная пластическая деформация
между бойками и сжимается под прило-
женным давлением в несколько гигапа-
скалей, а затем прилагается деформа-
ция с большими степенями (10 и более). 
Нижний боек вращается, и силы поверх-
ностного трения заставляют образец де-
формироваться сдвигом. Размер образ-
цов до деформации обычно не превышает 
20 мм в диаметре и 1 мм по высоте. По-
сле деформации высота образцов умень-
шается до 0.2 мм. Существенное измель-
чение структуры наблюдается уже после 
деформации на полоборота, но для созда-
ния однородной наноструктуры требует-
ся, как правило, деформация в несколь-
ко оборотов.
При использовании КД средний раз-
мер зерен может уменьшиться до 100 нм, 
он определяется условиями деформации: 
давлением, температурой, скоростью де-
формации и видом обрабатываемого ма-
териала.
В случае кручения под высоким давле-
нием в образцах, имеющих форму дисков 
с радиусом 
R
и толщиной 
l
, создается де-
формация сдвига. Геометрическая форма образцов такова, что основной 
объем материала деформируется в условиях квазигидростатического 
сжатия, и поэтому образец не разрушается, несмотря на большую сте-
пень деформации. Истинную логарифмическую степень деформации 
e
, достигаемую кручением под давлением, рассчитывают по формуле
 e
= ln (
θ
R/
l
),
где 
θ
 
— угол вращения в радианах. Результаты многих исследований 
показывают, что после нескольких оборотов структура образца из-
мельчается как на его периферии, так и в центральной части и в це-
лом структура оказывается однородной по всему объему образца.
1
2
3
Рис. 2.5. Схема метода кру-
чения под высоким квазиги-
дростатическим давлением:
1
— пуансон, 
2
— образец,
3
— суппорт

---

124