Механические свойства нитевидных кристаллов HfB₂

Abstract

Методом наноиндентирования исследовано механическое поведение нитевидных кристаллов HfB₂ диаметром 10–20 мкм в направленно армированной керамике LaB6–HfB₂. Для сравнения был испытан массивный монокристалл HfB₂ (0001) диаметром 5 мм. Для обоих образцов наблюдался резкий упругопластический переход при внедрении индентора (pop-in), вызванный зарождением дислокаций в предварительно свободной от дислокаций области под отпечатком. Показано, что для нитевидного кристалла HfB₂ в армированной керамике LaB6–HfB₂ критическая нагрузка упругопластического перехода в два раза выше, чем для массивного монокристалла HfB₂, а максимальное сдвиговое напряжение, при котором происходит зарождение первой дислокационной петли в нитевидном кристалле HfB₂, приближается к теоретической прочности на сдвиг. Наблюдаемый эффект вызван более высоким структурным совершенством нитевидных кристаллов по сравнению с массивным образцом. Твердость и модуль упругости нитевидного кристалла HfB₂ выше, чем для массивного монокристалла на 10 и 3 % соответственно.

Методом наноіндентування досліджено механічну поведінку ниткоподібних кристалів HfB₂ діаметром 10–20 мкм у направлено армованій кераміці LaB6–HfB₂. Для порівняння було також випробувано масивний монокристал HfB₂ (0001) діаметром 5 мм. Для обох зразків спостерігався різкий пружнопластичний перехід при зануренні індентора (pop-in), викликаний зародженням дислокацій у попередньо вільній від дислокацій області під відбитком. Показано, що для ниткоподібного кристалу HfB₂ у армованій кераміці LaB6–HfB₂ критичне навантаження для початку пружнопластичного переходу у два рази вище, ніж для масивного монокристалу HfB₂, а максимальна зсувне напруження, при якому має місце зародження першої дислокаційної петлі у ниткоподібному кристалі HfB₂, наближується до теоретичної міцності під час зсуву. Ефект, що спостерігається, викликано більш високою структурною довершеністю нитковидних кристалів у порівнянні з масивним зразком. Твердість та модуль пружності ниткоподібного кристалу HfB₂вищі, ніж для масивного монокристалу на 10 і 3 % відповідно.

Mechanical behaviour of needle-like HfB₂ crystals about 10–20 microns in diameter in directionally solidified eutectic ceramic was studied by nanoindentation. The bulk HfB₂ (0001) single crystal was also tested for comparison. Sharp elastic plastic transition on loading curve (pop-in) due to dislocation nucleation in previously dislocation-free volume under the contact was observed for both samples. It was shown that the critical load for onset of elastic plastic transition in needle-like HfB₂ crystal is in two times higher as compare with bulk HfB₂ single crystal and maximal shear stress for first dislocation loop nucleation in needle-like crystal is close to theoretical shear strength. Observed effect is caused by higher structural perfection of needle-like crystals as compare with bulk sample. Moreover, the hardness and elastic modulus of needle-like HfB₂ crystals are higher then for bulk sample on 10% and 3%, respectively.