Деформационное поведение модулированного нанокомпозита Cu-(Cu-0,5% об. Al2o3) Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.3

ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ МОДУЛИРОВАННОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu-(Cu-0,5% об. Al2O3)

© Э.В. Зозуля, А.С. Терлецкий

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков, Украина, e-mail: zozulya.ev@gmail.com

Ключевые слова: модулированный нанокомпозит; структура; стадийность пластической деформации.

Исследована структура и деформационное поведение конденсированного в вакууме модулированного нанокомпозита Си-(Си-0,5% об. А1203). Установлен сложный характер деформационного упрочнения, обусловленный зерен-ной и внутризеренной структурой объекта.

Полученные методом вакуумной конденсации композиты с медной матрицей, содержащей частицы оксида алюминия, занимают важное место среди тепло- и электропроводящих материалов. Интерес электронной техники к этим композитам вызван тем, что введение нанодисперсных частиц оксида - эффективный способ повышения прочности и обеспечения стабильности микрокристаллической зеренной структуры и свойств. Повышение прочностных характеристики этих материалов сопровождается новым деформационным поведением [1], при этом также снижается пластичность. Для минимизации последнего фактора представляется перспективным получение модулированных нанокомпозитов, в структуре которых «слои» гомогенного конденсата меди чередуются со «слоями», упрочненными нанодисперсными частицами А1203. В этом плане представлены результаты исследований особенностей деформационного поведения модулированного нанокомпозита Си-(Си-0,5% об. А1203) в сравнении с нанокомпозитом Си-0,5% об. АІ2О3.

Объектами исследований служили пленки указанных систем толщиной 40 мкм, полученные раздельным электроннолучевым испарением компонентов и осаждением смеси паров на подложку при температуре 360 °С в вакууме. Элементный состав определяли рентгеноспектральным методом. Структуру изучали методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии, фрактографические исследования изломов выполнялись на растровом электронном микроскопе. Механические испытания образцов проводили в режиме активного одноосного растяжения при комнатной температуре с относительной скоростью деформирования 6,7 • 10-4 с-1.

Структура пленок представлена мелкозернистой медной матрицей, средний размер зерен которой составляет 3 мкм; в объеме матрицы для Си-0,5% об. АІ203 или «слоя» в случае Си-(Си-0,5% об. А1203) равномерно распределены нанодисперсные частицы оксида размером 25 нм. Период чередования «слоев» Си-0,5% об. А1203 составлял 0,6 диаметра зерна. Отметим, что в исходном состоянии композитов частицы

А1203 определялись по сорбционному контрасту. Высокотемпературный отжиг (900 °С, 2 ч) несколько повышает их равноосность и приводит к кристаллизации. Применение углеродных экстракционных реплик позволило идентифицировать элементы локального контраста как частицы у - оксида А1203.

Диаграмма растяжения (рис. 1) модулированного по толшцне нанокомпозита Си-(Си-0,5% об. А1203) имеет вид, характерный для диаграммы слоистого композита. На диаграмме после упругой стадии имеются еше несколько линейных (1, 2, 3). Согласно литературным данным, на линейной стадии 1 пластически деформируется матрица или менее прочный слой, когда напряжение течения мягкого слоя достигнет предела текучести прочного, наступает 2 стадия диаграммы.

Установлено, что для теоретической оценки прочности модулированного нанокомпозита, опираясь на соответствующие характеристики системы Си-А1203 и гомогенных конденсатов меди, с погрешностью не хуже 15% применимо правило аддитивности.

С целью анализа закономерностей упрочнения, предполагая правомерность его аппроксимации уравнением а = аТ + Кеи, удобно представить деформационные кривые в коородинатах 1п(а - а0 05) - 1депл, где а0,05 - предел упругости, а епл - пластическая деформация. Как видно из рисунка 2, в этих координатах четко виден многостадийный характер деформационного упрочнения модулированного нанокомпозита Си-(Си-0,5% об. А1203). Стадийность деформации композитов вакуумного происхождения отмечалась и исследовалась ранее [2]. Исследованные в работе нанокомпозиты Си-0,5% об. А1203 в исходном и в отожженном состояниях характеризуются быстрым упрочнением, которое переходит в участок установившейся деформации без упрочнения или со слабым упрочнением (рис. 2). Показано, что природа установившейся стадии деформационного упрочнения этих объектов обусловлена размером их зеренной структуры.

Как видно (рис. 2), деформационное поведение модулированного нанокомпозита Си-(Си-0,5% об. А1203) во многом повторяет деформационное поведение «слоя»

£, %

Рис. 1. Диаграмма растяжения модулированного нанокомпозита Cu-(Cu-0,5% об. Al2O3)

1

0,8

0,6

С

Q.4

О 10 20 30

Е, %

Рис. 2. Зависимость показателя деформационного упрочнения (и) от деформации: 1 - нанокомпозит Си-0,5% об. А1203; 2 -модулированный нанокомпозит Си-(Си-0,5% об. А1203)

Си-0,5% об. А1203. Отличия, в первую очередь, характерны для таких параметров деформационного поведения, как продолжительность совпадающих по показателю и стадий деформации, наличие дополнитель-

ных стадий, которые вносят основной вклад в общую деформацию до разрушения.

Анализ фрактограмм разрушения Cu-0,5% об. Al2O3 и Cu-(Cu-0,5% об. Al2O3) позволил выявить ряд особенностей. Разрушение происходит с образованием ножеобразного излома, характерного для плоских образцов меди. Разрушение можно классифицировать как транскристаллитное, происходящее срезом по вязкому механизму. Разрушение вызвано наличием упрочняющих частиц в микрозернистой структуре и связано, по-видимому, с высокой локальной концентрацией напряжений вблизи частиц.

Более высокая пластичность модулированного нанокомпозита по сравнению с Cu-0,5% об. Al2O3 обусловлена именно «слоистостью», затрудняющей образование шейки. При этом пластичность возросла более чем в 3 раза, а предел прочности снизился всего на 50 % при снижении вдвое содержания оксида алюминия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ильинский А.И. Структура и прочность слоистых и дисперсно-упрочненных пленок. М.: Металлургия, 1986, 143 с.

2. Терлецкий А.С., Зозуля Э.В. Деформационное упрочнение конденсированных в вакууме дисперсноупрочненных композиций Cu -AI2O3 // Вестник ХГПУ. Сер. Новые решения в современных технологиях. 1999. Вып. 30. С. 61-62.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Zozulya E.V., Terletsky A.S. Deformation behavior of the modulated nanocomposite Cu-(Cu-0.5% vol. Al2O3).

The structure and deformation behavior condensed in vacuum modulated nanocomposite Cu-(Cu-0.5% vol. Al2O3) was investigated. Difficult character of the strain hardening conditioned by granular and intragranular structure of subject was established.

Key words: modulated nanocomposite; structure; nanodis-perse particles; staging of plastic deformation.