Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
В настоящее время КД применяют преимущественно для изуче-
ния физики интенсивной пластической деформации. КД при ком-
натной температуре или при более низких температурах используют 
для получения нанокристаллической структуры в металлах, сплавах, 
интерметаллидах и керамиках. КД чистых металлов приводит к фор-
мированию равноосной структуры со средним размером зерен от 50 
до 100 нм. В сплавах получаемый размер зерен может быть значитель-
но меньше. Механизм интенсивной деформации зависит от многих 
факторов, в частности, от типа кристаллической решетки и энергии 
дефекта упаковки. Процесс формирования наноструктуры носит ярко 
выраженный стадийный характер.
В чистых ГЦК-металлах (металлы с гранецентрированной кри-
сталлической решеткой) с высокой энергией дефекта упаковки 
(Cu, Ni) последовательность структурных превращений следующая. 
По мере увеличения деформации кручением до 
n 
около 0.1 (
n 
— 
число оборотов подвижного бойка) дислокации сосредоточиваются 
в границах субзерен (ячеек), которые представляют собой области 
зерен произвольной формы, свободные от дислокаций и отделен-
ные от других областей малоугловыми границами. При дальнейшем 
увеличении деформации до 
n 
около 1 размеры субзерен уменьша-
ются, а степень разориентировки между ними увеличивается. При 
этом происходит постепенный переход от субзеренной (ячеистой) 
структуры к зеренной, содержащей преимущественно большеугло-
вые границы зерен.
Интенсивная пластическая деформация сплавов, наряду с форми-
рованием наноструктуры, может приводить к формированию мета-
стабильных состояний, например, пересыщенных твердых раство-
ров и метастабильных фаз. В интерметаллидных соединениях после 
КД может наблюдаться нарушение дальнего порядка вплоть до пол-
ного разупорядочения.
Наноматериалы, полученные КД, характеризуются высоким уров-
нем внутренних напряжений и значительными искажениями кри-
сталлической решетки. В таких наноматериалах могут возникать 
аномалии некоторых фундаментальных свойств, например, модулей 
упругости, температур Кюри и Дебая, намагниченности насыщения. 
Наноматериалы, полученные ИПД, обладают, как правило, высокими 
прочностными свойствами при относительно низких температурах 

---

125
2.7. интенсивная пластическая деформация
и высокой пластичностью и сверхпластич-
ностью при повышенных температурах. 
В последнее время метод КД используют 
и при высоких температурах для получения 
в высокотемпературных сверхпроводящих 
керамиках острой кристаллографической 
текстуры и высокой плотности дефектов, 
служащих центрами пиннинга магнитно-
го потока.
Равноканальное угловое прессова-
ние (РКУП)
— один из распространенных 
методов интенсивной пластической дефор-
мации (рис. 2.6). Метод заключается в про-
давливании (экструзии) материала через 
наклонные каналы с одинаковой площадью 
поперечного сечения. Процедуру зачастую 
повторяют несколько раз. Технология была 
разработана в 1973 году в СССР.
Формирование однородной структуры 
в наибольшей степени достигается при ис-
пользовании стационарного процесса де-
формирования, основанного на схеме про-
стого сдвига. Сущность процесса состоит в продавливании заготовки 
через два пересекающихся под углом 2
Φ
от 90 до 150
°
канала равно-
го поперечного сечения. На плоскости пересечения каналов сосре-
доточена однородная локализованная деформация простого сдвига 
с интенсивностью
∆Γ
= 2ctg
Φ
.
Наиболее целесообразно использование углов 2
Φ
, близких к 90
°
, 
при которых достигается самый высокий уровень интенсивности де-
формаций при незначительном росте контактных давлений. Для све-
дения к минимуму контактного трения используется смазка.
Многократная циклическая обработка материала по этой схеме 
обеспечивает сверхвысокие интенсивности деформации 
Γ
= 
N · 
∆Γ
=
= 2
N 
ctg
Φ
, где 
N 
— число циклов. Полученный материал находится 
Рис. 2.6. Схема метода 
равноканального углово-
го прессования:
1 — пуансон, 2 — заготовка
1
2

---

126