Механические свойства монокристаллов диборидов переходных металлов TMB₂ (TМ = Sc, Hf, Zr, Ti). Эксперимент и теория

Abstract

Методом наноиндентирования экспериментально исследовано механическое поведение нитевидных кристаллов TMB₂ (TM = Sc, Hf, Zr, Ti) диаметром 10–20 мкм в направленно армированных керамиках LaB₆–TMB₂. Для всех исследованных образов наблюдали резкий упругопластический переход при внедрении индентора (pop-in), вызванный зарождением дислокаций под отпечатком в предварительно свободной от дислокаций области. Впервые получена экспериментальная оценка теоретической прочности на сдвиг для этих материалов. Теоретически рассчитаны зонная структура и тип межатомных связей для TMB₂ (TM = Sc, Zr, Hf, Ti). Проведен анализ влияния электронной структуры на механические свойства диборидов переходных металлов.

Методом наноіндентування експериментально досліджено механічну поведінку ниткоподібних кристалів TMB₂ (TM = Sc, Zr, Hf, Ti) діаметром 10–20 мкм у спрямовано армованих кераміках LaB₆–TMB₂. Для усіх досліджених зразків спостерігали різкий пружно-пластичний перехід при зануренні індентора (pop-in), що викликано зародженням дислокацій під відбитком у попередньо вільній від дислокацій області. Вперше отримано експериментальну оцінку теоретичної міцності на зсув для цих матеріалів. Теоретично розраховано зонну структуру і тип міжатомних зв’язків для TMB₂ (TM = Sc, Zr, Hf, Ti). Проведено аналіз впливу електронної структури на механічні властивості діборідив перехідних металів.

The mechanical behaviour of TMB₂ whiskers (TMB2 = Sc, Hf, Zr, Ti) of 10–20 μm in diameter of the directionally reinforced ceramics LaB₆–TMB₂ was experimentally studied by the nanoindentation. The pop-in (the abrupt elastic–plastic transition in the indenter penetration) caused by the nucleation of dislocations in the previously dislocations-free region under the imprint was observed in all samples under study. For the first time the experimental estimations of the theoretical shear strength of these materials are obtained. Zone structures and types of interatomic bonds for TMB₂ (TM= Sc, Zr, Hf, Ti) are theoretically calculated. The effects of the electronic structures on mechanical properties of diborides of transition metals were analyzed.