PRIMARY NANOCRACKS IN NITRIDES, BORIDES, AND CARBIDES OF REFRACTORY METALS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A model is proposed that can be used to calculate the length of a nanocrack in a solid body. The nanocrack length in nitrides, borides, and carbides of refractory metals turned out to be in the range 1< L <3 nm. Theoretical and experimental methods for studying nanocracks are discussed. The theory gives a length interval 0< L <2 nm for silicon polycrystals. X-ray and electron microscopic methods give the thickness of cracks in the metal in the range of tenths and hundredths of a micron. The recently proposed method of fractoluminescence for the destruction of minerals with a duration of signals of about 50 ns, and the time interval between them varied from about 0,1 to 1 μs, made it possible to reveal nanocracks in oligoclase during the destruction of its surface in the range of 10< L <20 nm, which coincides with the one in proposed by us model. More examples of the formation of nanocracks in solids can be cited. In other words, we propose to call the direction of condensed matter physics «physics of nanocracks», which differs from the «theory of cracks» both in its experimental detection and in the method of its calculation.

About the authors

Viktor M. Yurov

Karaganda Technical University named after A. Saginov

Email: exciton@list.RUS
Karaganda, Republic of Kazakhstan

Vladimir I. Goncharenko

Moscow Aviation Institute

National Research University) (Moscow, Russia

Vladimir S. Oleshko

Moscow Aviation Institute

National Research University) (Moscow, Russia

References

  1. Панин, В.Е.Наноструктурирование поверхностных слоев конструкционных материалов и нанесение наноструктурных покрытий / В.Е. Панин, В.П. Сергеев, А.В. Панин. - Томск: Изд-во ТПУ. 2010. - 254 с.
  2. Малкин, А.И. Эффект Ребиндера в разрушении металлов и горных пород / А.И. Малкин, Д.А. Попов // Физика металлов и металловедение. - 2022. - Т. 123. - №12. - С. 1313-1324. doi: 10.31857/S0015323022600678.
  3. Юров, В. М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В. М. Юров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - № 11. - С. 389-397. - doi: 10.26456/pcascnn/2019.11.389. - EDN TESWYB.
  4. Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения / В. М. Юров, В. И. Гончаренко, В. С. Олешко, С. А. Гученко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - № 13. - С. 522-533. - doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.522. - EDN NYOWXN.
  5. Оура, К. Введение в физику поверхности / К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин и др. - М.: Наука, 2006. - 490 с.
  6. Андриевский, Р.А.Наноматериалы на основе тугоплавких карбидов, нитридов и боридов / Р.А. Андриевский // Успехи химии. - 2005. - Т. 74. - Вып. 12. - С. 1163-1175.
  7. Рехвиашвили, С.Ш. К расчету постоянной Толмена / С.Ш. Рехвиашвили, Е.В. Киштикова, Р.Ю. Кармокова, А.М. Кармоков // Письма в журнал технической физики. - 2007. - Т. 33. - Вып. 2. - С. 1-7.
  8. Зимон, А.Д. Адгезия пленок и покрытий / А.Д. Зимон. - М.: Химия, 1977. - 352 с.
  9. Yurov, V.M.Structural phase transition in a surface layer of metals / V.M. Yurov, S.A. Guchenko, V.Ch. Laurinas, O.N. Zavatskaya // Вестник Карагандинского университета. Серия: Физика. - 2019. - № 1 (93). - P. 50-60. doi: 10.31489/2019Ph1/50-60.
  10. Баженов, М.Ф. Твердые сплавы: справочник / М.Ф. Баженов, С.Г. Байчман, Д.Г. Карпачев. - М.: Металлургия,1978. -184 с.
  11. Шикин, А.М. Квантово-размерные эффекты в тонких слоях металлов на поверхности монокристаллов и их анализ / А.М. Шикин, В.К. Адамчук // Физика твердого тела. - 2008. - Т. 50.- Вып. 6. - С. 1121-1137.
  12. Peierls, R. The size of a dislocation / R. Peierls // Proceedings of the Physical Society. - 1940. - V. 52.- № 1. - P. 34-37. doi: 10.1088/0959-5309/52/1/305.
  13. Nabarro, F.R.N. Dislocations in a simple cubic lattice / F.R.N. Nabarro // Proceedings of the Physical Society. - 1947. - V. 59. - № 2. -P. 256-272. doi: 10.1088/0959-5309/59/2/309.
  14. Усатенко, О.В. Энергия и барьер Пайерлса дислокации (кинка) Френкеля-Конторовой / О.В. Усатенко, А.В. Горбач, А.С. Ковалев // Физика твердого тела. - 2001. - Т. 43. - Вып. 7. - С. 1202-1206.
  15. Фан, T. Исследование полных А-дислокаций в чистом магнии на основе первичных принципов / T. Фан, Л. Луо, Л. Ма и др. // Прикладная механика и техническая физика. - 2014. - Т. 55. - № 4 (326).- С. 141-151.
  16. Гринберг, Б.А. О возможности автоблокировки дислокаций в различных материалах / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов и др. // Физика металлов и металловедение. - 2009. - Т. 108. - №1. -С. 93-104.
  17. Благовещенский, В.В. Исследование модели дислокационного источника Франка-Рида / В.В. Благовещенский, И.Г. Панин // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. - 2012. - № 1. - С. 40-45.
  18. Гарбер, Р.И. Физика прочности кристаллических тел / Р.И. Гарбер, И.А. Гиндин // Успехи физических наук. - 1960. - Т. 70.- Вып. 1. - С. 57-110.
  19. Овидько, И.А. Зарождение нанотрещин в поликристаллическом кремнии под действием зернограничного скольжения / И.А. Овидько, А.Г. Шейнерман // Физика твердого тела. - 2007. - Т. 49.- Вып. 6. -С. 1056-1060.
  20. Дроздов, А.Ю.Исследование эволюции микротрещины в модельных металлах при ионной имплантации.компьютерный эксперимент / А.Ю. Дроздов, М.А. Баранов, В.Я. Баянкин // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2004. - № 5. - С. 76-80.
  21. Морозов, Н.Ф. Влияние зарождения цепочек наноскопических зерен вблизи вершин трещин на трещиностойкостьнанокристаллических керамик / Н.Ф. Морозов, И.А. Овидько, Н.В. Скиба // Доклады Академии наук. - 2013. - Т. 450. - № 4. - С. 413-416. doi: 10.7868/S0869565213160111.
  22. Бетехтин, В.И. Эволюция микроскопических трещин и пор в нагруженных твердых телах / В.И. Бетехтин, А.Г. Кадомцев // Физика твердого тела. - 2005. - Т. 47. - Вып. 5. -С. 801-807.
  23. Веттегрень, В.И. Разрушение кварцевого диорита при трении / В.И. Веттегрень, А.В. Пономарев и др. // Геофизические исследования. - 2020. - Т. 21. - № 4. - С. 35-50. doi: 10.21455/gr2020.4-3.
  24. Веттегрень, В.И. Нанотрещины при разрушении олигоклаза / В.И. Веттегрень, А.В. Пономарев, В.Б. Кулик и др. // Физика земли. - 2021. - № 6. - С. 87-92. DOI: 10.311857/S0002333721060119.
  25. Букреев, К.А. Теоретическая прочность на сдвиг ОЦК- и ГПУ-металлов / К.А. Букреев, А.М. Искандеров, С.В. Дмитриев и др. // Физика твердого тела. - 2014. - T. 56. - Вып. 3. - C. 417-422.
  26. Карькина, Л.Е. Влияние сегрегаций легирующих элементов на зернограничное проскальзывание в бикристаллах сплавов Al-Mg и Al-Ni. Атомистическое моделирование / Л.Е. Карькина, И.Н. Карькин, Ю.Н. Горностырев // Физика металлов и металловедение. - 2020. - Т. 121. - № 9. - С. 901-906. doi: 10.31857/S001532020090077.
  27. Макаровa, А.В. Металлофизические основы наноструктурирующей фрикционной обработки сталей / А.В. Макаровa, Л.Г. Коршуновa // Физика металлов и металловедение. - 2019. - Т. 120. - № 3. - С. 327-336. doi: 10.1134/S0015323018120124.
  28. Иоффе, А.Ф. Отчет о работе физико-технического института / А.Ф. Иоффе // Успехи физических наук. - 1936. - Т. 16. - Вып. 7. - С. 848-871. doi: 10.3367/UFNr.0016.193607c.0847.
  29. Френкель, В.Я. Абрам Федорович Иоффе (Биографический очерк) / В.Я. Френкель // Успехи физических наук. - 1980. - Т. 132. - Вып. 9. - С. 11-45. doi: 10.3367/UFNr.0132.198009b.0011.
  30. Чаус, А.С. Формирование структуры быстрорежущей стали при лазерном оплавлении поверхности / А.С. Чаус, А.В. Максименко и др. // Физика металлов и металловедение. - 2019.- Т. 120. - № 3. - С. 291-300. doi: 10.1134/S0015323019030045.
  31. Ботвина, Л.Р. Иерархия микротрещин при циклическом и статическом нагружении / Л.Р. Ботвина, А.И. Болотников, И.О. Синев // Физическая мезомеханика. - 2019. - Т. 22. - № 6. - С. 24-36. doi: 10.24411/1683-805X-2019-16003.
  32. Трусов, П.В. Многоуровневые модели в физической мезомеханике металлов и сплавов: результаты и перспективы / П.В. Трусов, А.И. Швейкин, Н.С. Кондратьев, А.Ю. Янц // Физическая мезомеханика. 2020. - Т. 23. - № 6. - С. 33-62. doi: 10.24411/1683-805X-2020-16003.
  33. Федоренков, Д.И. Методика определения констант и параметров модели накопления повреждений с изотропным и кинематическим упрочнением / Д.И. Федоренков, Д.А. Косов, А.В. Туманов // Физическая мезомеханика. - 2022. - Т. 25. - № 6. - С. 63-74. DOI: doi: 10.55652/1683-805X202225663.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).