Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
металлические, керамические, полимерные и композиционные. Для 
получения наноматериалов в консолидированном виде в основном 
используется четыре метода: порошковая металлургия (компактиро-
вание нанопорошков), кристаллизация из аморфного состояния, ин-
тенсивная пластическая деформация и различные методы нанесения 
наноструктурных покрытий. Исследования по созданию конструкци-
онных наноматериалов, пригодных для широкого практического при-
менения, находятся на начальной стадии развития и требуют исполь-
зования разнообразных нанотехнологий.
Применимость того или иного материала определяется комплек-
сом свойств, включающим соотношение между прочностью, пластич-
ностью и вязкостью. Значительный интерес к объемным наномате-
риалам обусловлен тем, что их конструкционные и функциональные 
свойства существенно отличаются от свойств крупнозернистых ана-
логов. В этом плане перспективными являются исследования по усо-
вершенствованию существующих и разработке новых сталей и спла-
вов с нанокристаллической структурой. Прирост прочностных свойств 
сталей и сплавов за последние десятилетия достигался главным обра-
зом за счет легирования и изменения фазового состава. В последние 
годы для улучшения механических характеристик сталей и сплавов 
начали использовать и другие подходы, основанные на формирова-
нии у материалов микро- и нанокристаллической структуры.
Прочность нанокристаллических материалов при растяжении су-
щественно превышает прочность крупнокристаллических аналогов 
и при этом сохраняется лучшее соотношение между прочностью и пла-
стичностью (рис. 2.7) .
Для получения в сталях и сплавах нанокристаллической структуры 
в основном используются методы интенсивной пластической дефор-
мации. Например, широко известная нержавеющая аустенитная сталь 
12Х18Н10Т с размером зерна 100 нм после равноканального углово-
го прессования при комнатной температуре имеет предел текучести 
1340 МПа, практически в 6 раз превышающий предел текучести этой 
стали после термообработки. При этом пластичность сохраняется на до-
статочно высоком уровне (
δ
= 27 %). Прочность низкоуглеродистых ма-
лолегированных сталей с субмикрокристаллической структурой при 
комнатной температуре может быть в 2.5 раза выше, чем серийно вы-
пускаемых, при сохранении пластичности и высокой вязкости.

---

129
2.8. Конструкционные наноматериалы
Пластичность
П
ро
чн
ос
ть
Наноматериал
Крупнозернистый
материал
Рис. 2.7. Соотношение между прочностью и пластичностью
для крупнозернистых материалов и наноматериалов
В последнее время большое внимание уделяется разработкам ста-
лей, дисперсионно упрочненным оксидами (ДУО-сталям), к которым 
относят стали, упрочненные наночастицами. Такие стали характери-
зуются повышенными значениями длительной прочности и радиаци-
онной стойкости при высоких температурах, что позволяет использо-
вать их в качестве конструкционных материалов ядерных реакторов 
нового поколения.
При переходе к наноструктурному состоянию наблюдается улучше-
ние механических характеристик и у различных сплавов. Нанострук-
турный чистый титан, полученный интенсивной пластической дефор-
мацией, имеет более высокие прочностные свойства (
σ
В
= 1100 МПа) 
и близкие значения пластичности по сравнению с широко исполь-
зуемым сплавом Ti-6Al-4V. Титановые сплавы типа ВТ1, ВТ8 и дру-
гие в наноструктурном состоянии (размер зерна меньше либо равен 
100 нм) имеют прочностные характеристики в полтора — два раза 
более высокие по сравнению с крупнозернистыми аналогами. При 
это пластичность сохраняется. Такая же картина наблюдается и для 
известного жаропрочного сплава RSR Rene 80 при переходе к субми-
кроскопической структуре.

---

130