Mater.Phys.Mech.(MPM)
No 2, Vol. 14, 2012, pages 101-109

COMPETITION BETWEEN NANOSCALE PLASTIC DEFORMATION
AND FRACTURE PROCESSES NEAR TRIPLE JUNCTIONS OF
GRAIN BOUNDARIES IN NANOCERAMICS

I.A. Ovid'ko, N.V. Skiba

Abstract

A theoretical model is suggested that describes competition between nanoscale plastic deformation and fracture processes in the situation with dislocation emission from grain boundaries and nanocrack generation at grain boundary disclinations in plastically deformed nanocrystalline materials. In the exemplary case of nanocrystalline silicon carbide (SiC) mechanically loaded at high temperatures, it is theoretically revealed that emission of Shockley dislocations from grain boundaries represents an energetically favorable process in certain ranges of parameters specifying defect structure. We compared the energy characteristics of the competing dislocation emission and nanocrack generation processes in stress fields of disclination dipoles. It is shown that emission of Shockley partials from grain boundaries in certain conditions serves as an effective channel for relaxation of the stress fields of disclination dipoles, in which case the emission process suppresses the nanocrack generation and thereby enhances ductility of nanocrystalline materials.

Keywords: nanoceramics; failure; grain boundary sliding; dislocations

full paper (pdf, 1360 Kb)

КОНКУРЕНЦИЯ МЕЖДУ ПРОЦЕССАМИ НАНОМАСШТАБНОЙ
ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ ВБЛИЗИ
ТРОЙНЫХ СТЫКОВ ГРАНИЦ ЗЕРЕН В НАНОКЕРАМИКАХ

И.А. Овидько, Н.В. Скиба

Аннотация

Предложена теоретическая модель, описывающая конкуренцию процессов наномасштабной пластической деформации и разрушения в случае испускания частичных дислокаций границами зерен и зарождения нанотрещин на зернограничных дисклинациях в деформируемых нанокристаллических материалах. На примере нанокристаллического карбида кремния (SiC), деформируемого при высоких температурах, теоретически выявлено, что испускание дислокаций Шокли из границ зерен с диполями дисклинаций представляет собой энергетически выгодный процесс в определенных интервалах параметров дефектной структуры. Проведено сравнение энергетических характеристик конкурирующих процессов испускания частичных дислокаций и зарождения нанотрещин в полях напряжений диполей зернограничных дисклинаций. Показано, что в определенных условиях испускание частичных дислокаций служит эффективным каналом релаксации полей напряжений диполей дисклинаций и, тем самым, препятствует зарождению нанотрещин, повышая пластические свойства нанокристаллических материалов.

Ключевые слова: нанокерамики; разрушение; межзеренное скольжение; дислокации

full paper (pdf, 1360 Kb)