Сравнительный анализ модуля Юнга нанотвёрдости в вискерах диборидов переходных металлов

С. М. Сичкар

Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина

Получена: 28.07.2016. Скачать: PDF

Рассчитаны из первых принципов электронные структуры и фононные спектры для диборидов металлов: Hf, Sc, Zr, Ti. Показано, что для «толстых» нитевидных кристаллов (10—20 мкм) данные расчётов могут быть использованы при объяснении экспериментальных результатов по нанотвёрдости и модулям упругости, полученных методом наноиндентирования. В частности, дано теоретическое объяснение низкой твёрдости диборида скандия (H = 19 ГПа) при относительно высоком модуле упругости (Е = 440 ГПа). В силу специфики распределения его электронной плотности связь между атомами бора и скандия носит преимущественно ионный характер. Это делает возможным протекание пластической деформации (путём накопления дислокаций) по типу «скольжения» между слабо взаимодействующими плоскостями атомов бора и атомов скандия (они чередуются в кристалле). В этом и состоит объяснение низкой твёрдости для ScB$_{2}$. Такое же скольжение затруднено в остальных трёх диборидах (Zr, Ti, Hf) именно из-за сильной направленной ковалентной связи между атомами бора и атомами металлов.

Ключевые слова: нитевидные кристаллы (вискеры), наноиндентирование, модуль Юнга, твёрдость, электронная структура, фононные спектры.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i11/1447.html

PACS: 62.20.de, 62.20.Qp, 63.20.dk, 68.70.+w, 71.15.Mb, 71.20.Be, 81.05.Je


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. S. M. Sichkar, J. Supercond. Nov. Magn., 28: 719 (2015). Crossref
  2. Н. Г. Якутович, Н. Н. Дорожкин, В. М. Анищик, ФТТ, 47, № 12: 1990 (2005).
  3. S. N. Dub, P. I. Loboda, Yu. I. Bogomol, G. N. Tolmacheva, and V. N. Tkach, Journal of Superhard Materials, 35: 234 (2013). Crossref
  4. S. Y. Savrasov and D. Y. Savrasov, Phys. Rev. B, 54: 16487 (1996). Crossref
  5. J. P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B, 45: 13244 (1992). Crossref
  6. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 77: 3865 (1996). Crossref
  7. P. E. Blöchl, O. Jepsen, and O. K. Andersen, Phys. Rev. B, 49: 16223 (1994). Crossref
  8. С. М. Січкар, Успехи физики металлов, 16, № 3: 229 (2015). Crossref
  9. P. Vajeeston, P. Ravindran, C. Ravi, and R. Asokamani, Phys Rev. B, 63: 045115 (2001). Crossref