14. А.Г. Шейнерман. Модели твердости и трещиностойкости нанокристаллич керамик и керам КМ с графеном

21 апреля 2022 г. состоялось 14-е заседание междисциплинарного научного семинара "КОМПОЗИТЫ: технологии создания, исследование и оптимизация свойств, моделирование, применение". Доклад "Модели твердости и трещиностойкости нанокристаллических керамик и керамических композитов с графеном" сделал А.Г. Шейнерман, д.ф.-м.н., в.н.с. лаборатории механики наноматериалов и теории дефектов Института проблем машиноведения РАН (Санкт-Петербург) Аннотация Нанокристаллические керамики и керамические композиты с графеном являются перспективными материалами для использования в электронике, оптике, энергетике и других отраслях промышленности. Как правило, уменьшение размеров зерен керамик до наноуровня позволяет получать керамики с очень высокой твердостью, а внедрение в керамики пластинок графена может увеличивать трещиностойкость и электропроводность керамик. Вместе с тем, экспериментальные данные, касающиеся зависимости прочности, твердости и трещиностойкости таких материалов от их структуры, весьма противоречивы. Так, уменьшение размеров зерен нанокристаллических керамик может приводить как к падению их твердости, так и к ее росту, что открывает перспективы для создания сверхтвердых керамик. Аналогичным образом введение примесей, образующих сегрегации, в нанокристаллические керамики может приводить как к их охрупчиванию, так и к росту их трещиностойкости. Для керамических композитов с графеном рост размеров графеновых пластинок может как увеличивать, так и уменьшать трещиностойкость. Доклад представляет собой обзор работ коллектива Института проблем машиноведения РАН по теоретическому моделированию механических свойств нанокристаллических керамик и керамических композитов с графеном. В докладе рассматриваются модели, описывающие как прямое (предсказывающее увеличение твердости с уменьшением размера зерна), так и обратное соотношение Холла-Петча для нанокристаллических керамик. Рассматривается влияние различных механизмов трещиностойкости (в частности, бриджинга и изгиба трещин) на вязкость разрушения таких композитов. Исследуется конкуренция таких механизмов с механизмами (зернограничным проскальзыванием, образованием пор вокруг пластинок графена и растрескиванием таких пластинок), способствующим разрушению композитов. Литература 1. A.G. Sheinerman, R.H.R. Castro, M.Yu. Gutkin. A model for direct and inverse Hall-Petch relation for nanocrystalline ceramics // Mater. Lett. 260, 126886 (2020). 2. A.G. Sheinerman, M.Yu. Gutkin. The role of grain boundaries and their triple junctions in strengthening and softening of nanocrystalline ceramics // Lett. Mater. 10, 547-550 (2020). 3. I.A. Ovid’ko, A.G. Sheinerman. Toughening due to crack deflection in ceramic- and metal-graphene nanocomposites // Rev. Adv. Mater. Sci. 43, 52–60 (2015). 4. S.V. Bobylev, A.G. Sheinerman. Effect of crack bridging on the toughening of ceramic/graphene composites // Rev. Adv. Mater. Sci. 57, 54-62 (2018). 5. A.G. Sheinerman, N.F. Morozov, M.Yu. Gutkin. Effect of grain boundary sliding on fracture toughness of ceramic/graphene composites // Mech. Mater. 137, 103126 (2019). 6. А.Г. Шейнерман, С.А. Красницкий. Моделирование влияния агломерации графена на механические свойства керамических композитов с графеном // Письма в ЖТФ 47, 37-40 (2021).