Моделирование и синтез нанокомпозитных материалов на основе метастабильных твердых растворов и соединений : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель работы В. М. Анищик

Abstract

Объекты исследования: многокомпонентные покрытия с нанокристаллической структурой на базе нитридов тугоплавких металлов, легированных Si, Al, B, С, а также слои сформированные многоэлементной имплантацией Zr, B, N и Zr, B, Kr штамповой стали и твердых сплавов, а также мощной импульсной имплантацией твердого сплава Т15К6, фольги сплавов алюминия с легкоплавкими металлами (индий, олово, свинец), эпитаксиальные слои сплавов на основе твердых растворов InSb-InBi, пленки хром-фуллерит, фуллерит-олово. Методики исследования: рентгеноструктурный анализ, просвечивающая и растровая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, измерение микротвердости, измерение электрических свойств, компьютерное моделирование. Цели исследования: Стратегической целью настоящих исследований являлось получение сплавов, обладающих особым набором полезных в техническом отношении свойств, установление фундаментальных закономерностей и корреляций между изменением структурно-фазового состояния и физико-химическими свойствами сплавов, компьютерное моделирование электронной структуры и физических свойств кристаллов. Основные задачи исследования, которые были решены, а именно проведено: - исследование упрочняющих нанокомпозитных слоев в инструментальных материалах, формируемых имплантацией и осаждением твердых растворов нитридов металлов; - исследование структуры, процессов переноса заряда и физико-механических свойств в быстрозатвердевших фольгах сплавов алюминия с легкоплавкими металлами (индий, олово, свинец) и в эпитаксиальных слоях сплавов на основе твердых растворов InSb-InBi; - термическая обработка в вакууме при различных температурах и исследование структурно-фазовых изменений в системах CrC60, SnC60. Новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые: - в результате совместной имплантации ионов Zr, B, N и Zr, B, Kr c энергией 40 кэВ и плотностью ионного тока 0,1 мА/см2 созданы поверхностные слои в металлорежущем WC-Co сплаве, обладающие более высокой твердостью, в сравнении с литературными данными по модификации твердости слоев подобного сплава; - разработан быстрозатвердевший сплав на основе алюминия, преимущественно для изготовления термостойких изделий (Патент BY 14364); - на основе миниатюрных преобразователей Холла из эпитаксиальных слоев InSb-InBi на полуизолирующем GaAs разработаны новые сенсоры и устройства, защищенные патентами Республики Беларусь на полезные модели; - разработана программа, использующая специальные алгоритмы диагонализации (пакет LAPACK), что позволило повысить эффективность расчета электронной структуры и физических свойств твердотельных структур на основе твердых растворов переходных металлов, используемая в учебном процессе БГУ, проведено компьютерное моделирование упругих свойств нитридов титана и циркония, а также твердых растворов на их основе; - проведено компьютерное моделирование электронной структуры твердых растворов с помощью программного пакета Quantum-Espresso (программа PWscf), реализующего метод «первопринципного» псевдопотенциала.