Микроострия. Свойства, изготовление, применение. Сергей Зайцев

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ возможно получить рекордно чистую и атомарно – гладкую поверхность. Эта «суперполировка» достигается за счет эффекта испарения материала в сильном электрическом поле. При наличии достаточного электрического поля идеально чистая поверхность может сохраняться неограниченно долго.

      Механические свойства

      Давно известно, что уменьшение размеров образца способствует повышению его прочности. Особенно возрос интерес к этому явлению в последнее время, в связи с развитием нанотехнологий. Наиболее заметным становится этот эффект при диаметрах меньше 1 мкм. В этом случае прочность повышается в десятки раз и приближается к теоретически предельным значениям. Так, если массивный вольфрам имеет прочность σ = 200 кг/мм² то микроострия из него же с диаметром при вершине 0.1 мкм имеют прочность 2000 кг/мм² [6]. Прочность железа на разрыв 27 кг/мм², а «усов» из него 1350 кг/мм². Но рекорд принадлежит графиту – микрообразцы прочнее массивного материала в 2000 раз [7]. Причину этих явлений объясняет теория масштабного эффекта, в основе которой лежит предположение, что чем меньше объем образца, тем меньше вероятность нахождения в нем опасного дефекта [8]. Эта теория дает качественно верные предсказания. Согласуется с экспериментом и кинетическая теория масштабного фактора в прочности материалов [9]. Однако ситуация при наличии дефектов (например, радиационного происхождения) значительно усложняется, и такие простые теории не дают удовлетворительных предсказаний.

      До сих пор нет единого мнения относительно предельно возможных значений прочности. Теоретические оценки предельной прочности σ можно разбить на три группы:

      1.Простые оценки, сделанные исходя только из модулей упругости без учета процессов пластической деформации. Наиболее разумной оценкой, на наш взгляд, является σ=E*/10 [10], где E* – модуль Юнга.

      2.Оценки, учитывающие также энергетические параметры материала. Наиболее широкую известность приобрела формула Орована [11], которая получена в предположении, что зависимость напряжение-смещение при нормальном отрыве атомных плоскостей может аппроксимироваться первой половиной синусоиды с начальным углом наклона, равным модулю Юнга. Предполагается также, что работа разрушения равна эффективной поверхностной энергии γ. Исходя из этого получена формула σ = γ (E*/а) ^1/2, где а – расстояние между атомными плоскостями, перпендикулярными к оси растяжения. В модифицированном варианте этой идеи вместо γ вводится более легко определимая энтальпия Н; σ = 2Е*Н/ (π (1-μ²)) ^1/2, где μ – коэффициент Пуассона.

      3.Уточненные расчеты, основанные на подсчете атомных связей и знании межатомных потенциалов [12—15]. Эти расчеты, несомненно, дадут в дальнейшем наиболее надежные результаты, но ввиду отсутствия или малой надежности многих требуемых исходных параметров проведены пока только для очень ограниченного числа материалов. В случае микроострий разумно ограничиться оценкой прочности на основе модуля упругости на растяжение. Это связано с тем, что образцы настолько малы, что процессы СКАЧАТЬ