Сравнительное наноиндентирование монокристаллов твердых и сверхтвердых оксидов

Abstract

Расcмотрены результаты исследования зарождения пластического течения в монокристаллах твердых и сверхтвердых оксидов при наноиндентировании. Установлено, что переход от упругого к упруго-пластическому деформированию в сверхтвердых хрупких оксидах сопровождается образованием существенно меньшего (на порядок) числа дислокаций, чем в металлах. Наиболее твердыми оксидами являются сапфир, стишовит и субоксид бора (B₆O). Надежные результате при наноиндентировании пока получены лишь для сапфира и стишовита. При этом твердость стишовита значительно выше, чем у сапфира (38 и 28 ГПа соответственно). Вместе с тем, если в нанокристаллическом сапфире можно надеяться поднять твердость до предельных значений 48 ГПа, то в нанокристаллическом стишовите существенного роста твердости ожидать не следует из-за сдвигового смягчения решетки при давлениях 40–45 ГПа.

Розглянуто результати дослідження зародження пластичної течії в монокристалах твердих та надтвердих оксидів при наноіндентуванні. Встановлено, що перехід від пружного до пружно-пластичного деформування в надтвердих крихких оксидах супроводжується утворенням суттєво меншого (на порядок) числа дислокацій, ніж у металах. Найбільш твердими оксидами є сапфір, стишовіт та субоксид бору (B₆O). Надійні результати при наноіндентуванні поки отримані лише для стишовіта та сапфіра. При цьому твердість стишовіта суттєво вища, ніж для сапфіра (38 та 28 ГПа відповідно). Разом з тим, якщо у нанокристалічному сапфірі можливо сподіватися підняти твердість до граничних значень 48 ГПа, то в нанокристаліченому стишовіті суттєвого росту твердості очікувати не варто внаслідок зсувного пом’якшення решітки при тисках 40–45 ГПа.

The results of onset of plasticity studying in single crystals of hard and superhard materials during nanoindentation are summarized in the paper. I was found that transition from elastic to elastoplastic deformation in hard and brittle oxides is attended by formation of much less number of dislocations (an order) as compare with metals. The most hardest oxides are sapphire, stishovite and boron suboxide (B₆O). Moreover, the hardness of stishovite is much higher as compare with sapphire (38 and 28 GPa, respectively). At once, if in the nanocrystalline sapphire it is possible to hope to increase the hardness up to ultimate values of 48 GPa, in the case of stishovite doesn’t ought to be hope of significant increase of hardness due to shear-induced softening of lattice at pressure of 40–45 GPa.