Введение к работе
Актуальность, Создание новых композиционных материалов с заранее заданными характеристиками, предназначенными для использования в условиях переменных механических полей, требует исследования закономерностей формирования физико-механических свойств при различных составе, структуре и внешних условиях. Для материалов, отличительной особенностью которых является резко неоднородное строение, указанные закономерности имеют весьма сложный вид и мало изучены. Своеобразным классом композиционных материалов являются псевдосплавы. Их использование позволяет за счет подбора компонентов получить уникальное сочетание физико-механических свойств, недостижимое другими способами. В связи с этим значительный интерес вызывает исследование новой группы материалов - пористых псевдосплавов. Эти соединения образованы двумя металлическими компонентами и порами, играющими роль своеобразного третьего компонента. В таких материалах следует ожидать генерирования качественно новых особенностей поведения, обусловленные сложностью топологической картины структуры. Это делает пористые псевдосплавы важным модельным объектом для анализа фундаментальных закономерностей поведения многокомпонентных конденсированных сред. С позиций прикладных задач пористые псевдосплавы также представляют существенный интерес в связи с расширением диапазона значимых для практики характеристик и перспективностью их применения в качестве конструкционных материалов. Указанные обстоятельства делают исследование физико-механических свойств пористых псевдосплавов актуальной задачей современной физики твердого тела.
Основной целью настоящей работы является экспериментальное исследование влияния параметров структуры пористых псевдосплавов на электрические, магнитные и упругие свойства и разработка теоретического подхода, дающего возможность с единых позиций описать данное влияние.
При экспериментальном анализе в качестве объектов исследования был выбран
пористый псевдосплав Fe-Cu, изучавшийся наиболее подробно, а также пористые псевдосплавы Fe-Pb и Ti-Pb. Исследование электрической проводимости, магнитной проницаемости, модулей упругости и скоростей упругих волн позволило охватить широкий спектр важных в теоретическом отношении и практически значимы* физико-механических свойств.
В соответствии со сформулированной целью в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
-
Экспериментальное изучение зависимостей удельной электропроводности V магнитной проницаемости пористых псевдосплавов от концентраций металлически* компонентов и пористости.
-
Экспериментальный анализ влияния параметров структуры пористого псевдосплава на скорости продольных и поперечных ультразвуковых волн, динамические модули Юнга, сдвига и всестороннего сжатия.
-
Разработка теоретических моделей для количественного описания влиянш структуры на электрические, магнитные и упругие свойства пористых псевдосплавов.
Научная новизна. В работе впервые проведено систематическое комплексное исследование различных физико-механических свойств пористых псевдосплавов позволившее установить закономерности влияния структуры в широком интервале концентраций металлических компонентов и пористости. Получены такие новые данные как зависимости скоростей упругих волн и определенных на их основе динамических модулей упругости от пористости. Впервые установлено влияние Не электрические и упругие свойства пористых псевдосплавов топологических особенностей структуры, проявляющееся в различных значениях указанных характеристш при одних и тех же концентрациях и пористости, но разных топологических картинах структуры. Описаны особенности формирования магнитных свойств пористы* псевдосплавов с ферромагнитными и парамагнитными компонентами. Предложень
структурные модели, позволившие провести адекватное количественное описание электрических, упругих и магнитных свойств пористых и давшие возможность учесть топологические особенности их строения.
Практическая ценность работы заключается в том, что установлены закономерности формирования физико-механических свойств при различных способах изготовления пористых псевдосплавов. Выявленные закономерности создают научную основу для разработки псевдосплавов с заранее заданным комплексом эксплуатационных характеристик, а также для выбора оптимальных технологических способов изготовления этих материалов. Предложенные в диссертации теоретические модели могут быть использованы для прогнозирования физических и механических характеристик пористых псевдосплавов в зависимости от их строения и способов изготовления.
Па защиту выносятся:
-
Результаты экспериментальных исследовании зависимостей электропроводности пористых псевдосплавов Fe-Cn, Ti-Pb и Fe-Pb от концентраций металлических компонентов и пористости.
-
Совокупность экспериментальных данных по скоростям упругих волн и ди- -намическим модулям упругости пористых псевдосплавов Fe-Cu при различных концентрациях меди и в широком интервале изменения пористости.
-
Результаты экспериментального изучения магнитной проницаемости пористых псевдосплавов Fe-Cu и Ti-Pb.
-
Разработанные структурные модели физико-механических свойств пористых псевдосплавов и результаты расчетов электрических, магнитных и упругих характеристик по этим моделям.
Апробация результатов. Результаты работы были доложены на следующих научных конференциях:
Международная конференция «Проблемы промышленных СВС-технологий) (Барнаул, 1994); III Russian-Chinese Symposium «Advanced materials and procsses: (Kaluga, ,1995); International Colloqvium «Euromech - 350» (Carcans, France, 1996); II Международная школа-семинар «Эволюция дефектных структур в конденеирован ных средах» (Барнаул, 1996); Республиканский симпозиум «Синергетика, структур; и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии» (Москва, 1996); Всерос сийская научно-техническая конференция «Экспериментальные методы в физию структурно-неоднородных сред» (Барнаул, 1996); IV Межгосударственный семина] «Структурные основы модификации материалов» (Обнинск, 1997), V Internationa conference «Cadamt-97» (Tomsk, 1997); Международная научно-техническая конфе ренция «Композит-97» (Барнаул, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 107 страниц, 33 рисунка, 3 таблицы. Список цитируемой литературы включает 117 наименований.
