Роль границ зерен и их тройных стыков в упрочнении и разупрочнении нанокристаллических керамик

Получена: 18 сентября 2020; Исправлена: 30 сентября 2020; Принята: 30 сентября 2020
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.Г. Шейнерман, М.Ю. Гуткин. Роль границ зерен и их тройных стыков в упрочнении и разупрочнении нанокристаллических керамик. Письма о материалах. 2020. Т.10. №4s. С.547-550
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-547-550

Аннотация

Переход от прямой к обратной зависимости Холла-Петча для нанокристаллических керамик связан с увеличением плотности тройных стыков и испускания дислокаций из этих стыков.Предложена модель, которая описывает как прямую, так и обратную зависимость Холла-Петча, наблюдаемую в нанокристаллических керамиках. В рамках модели пластическая деформация в нанокристаллических керамиках осуществляется за счет испускания решеточных и зернограничных дислокаций из ступенек на границах зерен и тройных стыков этих границ. Предполагается, что в начале пластической деформации приложенная нагрузка линейно связана с величиной пластической деформации и что из каждой зернограничной ступеньки или тройного стыка границ зерен дислокация может испускаться не более одного раза. Модель предсказывает, что переход от прямой к обратной зависимости Холла-Петча связан с увеличением плотности тройных стыков по мере уменьшения размера зерна. Показано, что критический размер зерна для этого перехода зависит от доли тройных стыков, которые могут испускать решеточную или зернограничную дислокацию при заданном напряжении. В свою очередь, интенсивность испускания зернограничных дислокаций из тройных стыков может зависеть от структуры и энергии границ зерен и их химического состава. Модель объясняет экспериментальные наблюдения (D.N.F. Mucho et al.,. Mater. Lett. 186, 298 (2017); C. Yang et al., J. Amer. Cer. Soc. 102, 6904 (2019)) прямой зависимости Холла-Петча вплоть до очень малых размеров зерна тем, что критический размер зерна для перехода от прямой к обратной зависимости Холла-Петча для материалов, синтезированных в этих экспериментах, меньше, чем минимальный размер зерна изготовленных в них образцов.

Ссылки (34)

1. J. A. Wollmershauser, B. N. Feigelson, E. P. Gorzkowski, C. T. Ellis, R. Goswami, S. B. Qadri, J. G. Tischler, F. J. Kub, R. K. Everett. Acta Mater. 69, 9 (2014). Crossref
2. M. Sokol, M. Halabi, S. Kalabukhov, N. Frage. J. Europ. Ceram. Soc. 37, 755 (2017). Crossref
3. M. Sokol, S. Kalabukhov, R. Shneck, E. Zaretsky, N. Frage. J. Europ. Ceram. Soc. 37, 3417 (2017). Crossref
4. H. Wang, A. Sharma, A. Kvit, Q. Wei. J. Mater. Res. 16, 2733 (2001). Crossref
5. Y. Wang, J. Zhang and Y. Zhao. Nano Lett. 7, 2 (2007). Crossref
6. D. Ehre, R. Chaim. J. Mater. Sci. 43, 6139 (2008). Crossref
7. Z. B. Qi, P. Sun, F. P. Zhu, Z. C. Wang, D. L. Peng, C. H. Wu. Surf. Coat. Tech. 205, 3692 (2011). Crossref
8. M. Sokol, M. Halabi, Y. Mordekovitz, S. Kalabukhov, S. Hayun, N. Frage. Scripta Mater. 139, 159 (2017). Crossref
9. H. Ryou, J. W. Drazin, K. J. Wahl, S. B. Qadri, E. P. Gorzkowski, B. N. Feigelson, J. A. Wollmershauser. ACS Nano. 12, 3083 (2018). Crossref
10. D. Guo, S. Song, R. Luo, W. A. Goddard, III, M. Chen, K. M. Reddy, Q. An. Phys. Rev. Lett. 121, 145504 (2018). Crossref
11. A. Bokov, J. B. Rodrigues Neto, F. Lin, R. H. R. Castro. J. Am. Ceram. Soc. 103, 2001 (2020). Crossref
12. L. Feng, A. Bokov, S. J. Dillon, R. H. R. Castro. J. Eur. Ceram. Soc. 40, 2050 (2020). Crossref
13. N. A. Gaida, N. Nishiyama, O. Beermann, U. Schürmann, A. Masuno, C. Giehl, K. Niwa, M. Hasegawa, S. Bhat, R. Farla, L. Kienle. Int. J. Ceramic Eng. Sci. 2, 76 (2020). Crossref
14. B. Ratzker, A. Wagner, M. Sokol, L. Meshi, S. Kalabukhov, N. Frage. Acta Mater. 183, 137 (2020). Crossref
15. A. G. Sheinerman, M. Yu. Gutkin. Rev. Adv. Mater. Tech. 1, 46 (2019).
16. D. N. F. Mucho, J. W. Drazin, J. Mardinly, S. Dey, R. H. R. Castro. Mater. Lett. 186, 298 (2017). Crossref
17. C. Yang, A. Thron, R. H. R. Castro. J. Amer. Cer. Soc. 102, 6904 (2019). Crossref
18. Q. Feng, X. Song, X. Liu, S. Liang, H. Wang, Z. Nie. Nanotechnology. 28, 475709 (2017). Crossref
19. D. Guo, Q. An. Int. J. Plasticity. 121, 218 (2019). Crossref
20. B. Jiang, G. J. Weng. Int. J. Plasticity. 20, 2007 (2004). Crossref
21. A. G. Sheinerman, R. H. R. Castro, M. Yu. Gutkin. Mater. Lett. 260, 126886 (2020). Crossref
22. H. Conrad, J. Narayan. Scripta Mater. 42, 1025 (2000). Crossref
23. S. S. Quek, Z. H. Chooi, Z. Wu, Y. W. Zhang, D. J. Srolovitz. J. Mech. Phys. Sol. 88, 252 (2016). Crossref
24. G. I. Taylor. J. Inst. Met. 62, 307 (1938).
25. G. Mohanty, J. M. Wheeler, R. Raghavan, J. Wehrs, M. Hasegawa, S. Mischler, L. Philippe, J. Michler. Philos. Mag. 95, 1878 (2015). Crossref
26. Y. Kim, J. Lee, M. S. Yeom, J. W. Shin, H. Kim, Y. Cui, J. W. Kysar, J. Hone, Y. Jung, S. Jeon, S. M. Yan. Nature Commun. 4, 2114 (2013). Crossref
27. Z. C. Cordero, B. E. Knight, C. A. Schuh. Int. Mater. Reviews. 61, 495 (2016). Crossref
28. J. R. Cahoon, W. H. Broughton, A. R. Kutzak. Metall. Trans. 2, 1979 (1971). Crossref
29. A. J. Detor, C. A. Schuh. J. Mater. Res. 22, 3233 (2007). Crossref
30. J. Hu, Y. N. Shi, X. Sauvage, G. Sha, K. Lu. Science. 355, 1292 (2017). Crossref
31. J. Gubicza. Adv. Eng. Mater. 22, 1900507 (2020). Crossref
32. A. M. Mavlyutov, T. A. Latynina, M. Yu. Murashkin, R. Z. Valiev, T. S. Orlova. Phys. Solid State. 59, 1970 (2017). Crossref
33. T. S. Orlova, N. V. Skiba, A. M. Mavlyutov, R. Z. Valiev, M. Yu. Murashkin, M. Yu. Gutkin. Rev. Adv. Mater. Sci. 57, 224 (2018). Crossref
34. M. Yu. Gutkin, T. A. Latynina, T. S. Orlova, N. V. Skiba. Phys. Solid State. 61, 1790 (2019). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Russian Science Foundation - 18-19-00255