Potencjalne możliwości i ograniczenia konstrukcyjnych nanomateriałów metalicznych

• Autorzy: Dybiec H.

Warianty tytułu

EN

Potential prospects and limitation of constructional metallic nanomaterials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na początku lat sześćdziesiątych dwudziestego wieku sformułowano ideę wykorzystania dla celów praktycznych osiągnięć fizyki ciała stałego w skali atomowej i wykorzystania zjawisk zachodzących w przestrzeniach o wymiarze nanometrów. W świetle znanych prawideł rządzących własnościami mechanicznymi materiałów, należy oczekiwać, że obniżenie do poziomu mierzonego w nanometrach niektórych elementów struktury poprawi własności wytrzymałościowe lub uzupełni te własności o dodatkowe cechy. Można przyjąć jednak, że wzrost właściwości mechanicznych posiada określoną granicę, której oszacowanie może stać się racjonalną przesłanką, przy podejmowaniu wysiłków zmierzających do dalszego podnoszenia właściwości. Dostępne dane doświadczalne wskazują na znaczące odstępstwa nanomateriałów od zachowań charakterystycznych dla materiałów konwencjonalnych, pomimo to materiały te wydają się być obiecującą alternatywą dla niektórych zastosowań. Od początku lat dziewięćdziesiątych bardzo dynamicznie rozwijają się badania naukowe nad takimi materiałami i na początku dwudziestego pierwszego wieku obserwuje się dość szybki postęp w komercjalizacji rozwiązań proponowanych przez naukę oraz tworzenie się rynku materiałów nanokrystalicznych.

EN

At the beginning of sixties of XX century it has been formulated an idea to utilize the solids physic achievement in atoms and crystals parameter scale. As it is known for traditional materials, that the refining the grain structure to the nanometric scale should lead to improving of mechanical properties and completion them by additional useful features. It could be assumed, however, the increase of mechanical properties is limited and estimation of the limit can be use as the rational criterion for efforts for further increasing of these properties. Available experimental data indicate for substantial departure of the nanomaterials from the behaviour of material with the grain size of micrometer scale, however, the nanomaterials seems to be interesting alternative for some applications. At the beginning of nineties research on nanomaterials are intensively developed and now very fast advance in commercialisation of such materials and rising of market for them is observed.

Słowa kluczowe

PL

nanomateriały konstrukcyjne; właściwości wytrzymałościowe materiałów; ograniczenia fizyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 4
• Strony: 164--170
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dybiec H.

• Katedra Struktury i Mechaniki Ciała Stałego, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• [1] Feynman R.: There's Plenty of Room at the Bottom - Ań Invitation to Enter a New Field of Physics, Engineering & Science, February issue, 1960
• [2] Koch C.: Bulk Behaviour of Nanostructured Materials, in Nanostructure Science and Technology - A Worldwide Study, ed. R. W. Siegel, E. Hu, M. C. Roco WTEC Loyola College in Maryland, 2000, p. 93
• [3] Edelstain A. S., Murday J. S., and Rath B. B.: Chalanges in nanomaterial design, Próg. Mater. Sc., 42, 1997, p. 5
• [4] Valiev R. Z., Islamgaliev R. K., Alexandrov I. V.: Bulk nanostructured materials from sever plastic deformation, Próg. Mat. Sc., 45, 2000, p. 103
• [5] Frenkel J.: Żur Theorie der Elastizitatgrenze und der Festigkeit Kristallinischer Korper, Zeitschrift fur Physick, 37, 1926, p. 572
• [6] Franssen N., Schladitz H., Borchers H.: Mechanische Eigenschaften und praktische Yerwendung von Whiskern, Metali, 20, 1966, p. 22
• [7] Milstein F.: Theoretical strength of a perfect crystal, Phys. Review B, 3, 1971, p. 1130
• [8] Hatch J. E.: Aluminura - Properties and Physical Metallurgy, ed. American Societe for Metals, Metals Park Ohio, 1984, p. 211 and 364
• [9] Thayer A. M., Houston C. N.: Nanotech offers some there, there, Business, 79, No. 48, 2001, p. 21
• [10] Thayer A. M., Houston C. N.: Nanomaterials, Business, 81, No. 35, 2003, p. 15
• [11] Pitkethly M. J.: Nanoparticles as building blocks? Nano Today, Dec. 2003, pp. 36
• [12] Polanyi M.: Uber die Natur des Zerreissyorganges, Z. fur Physick, 7, 1921, p. 323
• [13] Wyatt O. H., Dew-Hughes D.: Wprowadzenie do inżynierii materiałowej, WNT Warszawa 1978, p. 366
• [14] Inoue A., Kimura H.: High-strength aluminum alloys containing nanoquasicrystalline particles, Mater. Sc. & Eng., A286, 2000, p. l
• [15] Adachi H., Osamura K., Ochiai S., Kusui J., Yokoe K.: Mechanical property of nanoscale precipitate hardening aluminum alloys, Scripta Mater., 44, 2001, p. 1489
• [16] Schiotz J., Jacobsen K. W.: A Maximum in Strenngth of Nanocrystalline Copper, Science, 301, 2003, p. 1357
• [17] Schiotz J.: Atomic-scale modelling of plastic deformation of nanocrystalline copper, Scripta Mater., 51, 2004, p. 837
• [18] Meng L., Zheng X. L.: Overview of the effects of impurities and rare earth elements in Al-Li alloys, Mater. Sc. & Eng., A237, 1997, p. 109
• [19] Armstrong R. W., Codd I., Douthwaite R. M., Petch N. J.: Effect of Grain Size on Mechanical Properties of Polycrystalline Metals, Philos. Mag., 7, 1962, p. 45
• [20] Armstrong R. W.: Effect of Grain Size on Mechanical Properties of Metals and Alloys, Metali. Trans., l, 1970, p. 1169
• [21] Hansen N.: Hall-Petch relation and boundary strengthening, Scripta Mater., 51, 2004, p. 801
• [22] Bonetti E., Pasąuini L., Sampaolesi P.,: The influence of grain size on the mechanical properties of nanocrystaline aluminium, NanoStructured Mater., 9, 1997, p. 611
• [23] Wyrzykowski J. W., Grabski M. W.: Effect of Grain Size on Flow Stress of Aluminium., Philos. Mag., 53, 1986, p. 505
• [24] Gryziecki J.: Struktura i własności mosiądzów a o różnej energii błędu ułożenia, poddanych próbie rozciągania., Z. Nauk. AGH - Metalurgia i Odlewnictwo, z. 78, 1977, p. 9
• [25] Mukai T., Ishikawa K., Higashi K.: Influence of strain ratę on the mechanical properties in fine-grained aluminum alloys, Mater. Sc. & Eng., A204, 1995, p. 12
• [26] Wang Z. C., Pramgnell P. B.: Microstructure refinement and mechanical properties of seyerely deformed AlMgLi alloys, Mater. Sc. & Eng., A328, 2002, p. 87
• [27] Chokshi A. H., Rosen A., Karch J., Gleiter H.: On the validity of the Hall-Petch relationship in nanocrystalline materials, Scripta Metali.. 23, 1989, p. 1679
• [28] Nieh T. G., Wadsworth J.: The Hall-Petch relation in nanocrystalline materials, Scripta Met. Mater. 25, 1991, p. 955
• [29] Valiev R. Z., Chmelik F., Bordeaux F., Kapelski G., Baudelet B.: The effect of grain size on flow stress in nanocrystalline materials, Scripta Mater. 27, 1992, p. 855
• [30] Lu K., Sui M. L.: Plasticity of nanocrystalline copper, ScriptaMetali. Mater. 28, 1993, p. 1465
• [31] Pandę C. S.,MasumaraR. A., Hazzledine P. M.: Yield stress of nanocrystalline materials, Mater. Phys. Mech, 5, 2002, p. 16
• [32] Sanders P. G., Eastman J. A., Weertman J. R.: Elastic and tensile behaviour of nanocrystalline copper and palladium, Acta Mater., 45, 1997, p. 4019
• [33] Masumara R. A., Hazzledine P. M., Pandę C. S.: Yield stress of fine grained materials, Acta Mater., 46, 1998, p. 4527
• [34] Ha T. K., Sung H. J., Kim K. S., Chang Y. W.: Ań internal yariable approach to the grain size effect on the superplastic deformation behaviour of a 7475 Al alloy, Mater. Sc. & Eng., A271, 1999, p. 160
• [35] Gifkins R. C.: Grain boundary sliding and the accommodation during creep and superplasticity Metall.Trans., 7A, 1976, p. 1225
• [36] Hart E. W.: Theory of the tensile tests., Acta. Metali., 15, 1967, p. 351
• [37] Inoue A.: Bulk amorphous and nanocrystalline alloys with high functional properties, Mater. Sc. & Eng., A304-306, 2001, p. l
• [38] Saito T., Furuta T., Hwang J. H., Kuramoto S., Nishino K., Suzuki N., Chen R., Yamada A., Ito K., Seno Y., Monaka T., Ikehata H., Nagasako N., Iwamoto C., Ikuhara Y., Sakuma T.: Multifunctional Alloys Obtained via a Dislocation Free Plastic Deformation Mechanism, Science, 300, 2003, p. 464
• [39] Dybiec H.: Finał Report of HES2 of „High Efficiency Forming Technology of Light Weight MMC Components for Automotive and Household Applications - AluSiForm" - European project No G5RD-CT-2000-00341, Helsinki 2004
• [40] Gertsman V. Y., Hoffman M., Gleiter H., Biringer R.: Properties of nanocystalline copper, Acta Metali. Mater., 42, 1994, p. 3539
• [41] Sanders P. G., Eastman J. A., Weertman J. R.: In „Processing and properties of nanocrystalline materials", ed. Suryanaranaya at al„ 1996
• [42] Eastman J. A., Choudry M., Rittner M. N., Youngdhal C. J., Dollar M., Weertman J. R., DiMelfi R. J., Thompson L. J.: In „Chemistry and physics of nanostructures", ed. Ma at al„ 1997
• [43] Guther B., Baalman A., Weiss H.: Tensile tests on nanocrystalline copper., Proc of Symp. Mater. Res. Soc. 195, 1990, p. 611
• [44] Kurzydlowski K. J.: Scripta Metali. Mater., 24, 1990, p. 879
• [45] Dybiec H., Kozak P., Pastuszek R., Blaż L.: Mechanical Properties of New generation Light Materials with Refined Structure, Proc. Int. Conf. „Aluminium in Transport" 22-23 Oct. 2003 Tomaszowice, ed. CC „CentrAl" 2003, p. 27
• [46] Dybiec H., Niemiec K.: Influence of Structure and silicon content on abrasive wear of silumins, Proc. Int. Conf. Próg. Mech. Behav. Mater. ICM8, Yictoria B.C. Canada, 16-21 May 1999, ed. F. Ellin, J. Proyan 1999, p. 993