Анотація до роботи:

Соколенко В.І. Вплив структурних дефектів і напружень на фізико-механічні властивості перехідних металів, сплавів і сполук.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла.– Інститут електрофізики и радіаційних технологій НАН України.- м. Харків.- 2008.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми - встановленню зв’язку структури і фізико-механічних властивостей кристалічних тіл, ґратки яких містять атоми перехідних елементів.

Встановлено основні закономірності і фізичні механізми впливу деформаційних дефектів і механічних напружень, які виникають при силових, ультразвукових, термоциклічних і магнітних діях в широкому інтервалі температур, включаючи низькі, а також гартівних вакансій і домішок на електрофізичні і механічні властивості, ефективні мікроскопічні параметри ненадпровідних, надпровідних і магнітоупорядкованих перехідних металів, сплавів і сполук. Досліджені матеріали – Zr, V, Nb, Ta, Cr і Pt, сплави на основі Zr і Cr, керамічні ВТНП YBa₂Cu₃O_7-х и магнітожорсткий магнетик Nd₂Fe₁₄B, композити на основі Nb₃Sn.

В результаті проведеного комплексу досліджень вирішено проблему - встановлено основні закономірності і фізичні механізми впливу деформаційних дефектів і механічних напружень, що виникають при силових, ультразвукових, термоциклічних і магнітних діях у області низьких і помірно низьких температур, а також гартівних вакансій і домішок на електрофізичні і механічні властивості, ефективні мікроскопічні параметри ненадпровідних, надпровідних і магнітоупорядкованих перехідних металів, сплавів і сполук.

Основні наукові і практичні результати сформульовані в таких узагальнених висновках:

1. Встановлено загальні закономірності змін дебаївської температури Q і співвідношення процесів розсіяння носіїв заряду в основних каналах, що контролюють електроопір у інтервалі температур Т_с <ТQ (Т_с – температура надпровідного переходу) у ОЦК (Nb, Ta) і ГЦК (Pt) перехідних металах в результаті створення деформаційних й гартівних дефектів і введення легких домішок.

2. Розвинуто методи кількісного обчислення ефективних мікроскопічних характеристик реальних перехідних металів. На прикладі Nb, Та і Pt показано, що деформаційні і гартівні дефекти, спричинюючи розриви міжелектронних зв’язків, викликають зменшення фермівської швидкості і плазмової частоти, звуження d-зони, збільшення щільності станів в s- і d-зонах. Легкі домішки спричиняють виникнення станів з більшою енергією зв’язку, що визначає протилежний характер зміни комплексу досліджених характеристик.

3. Встановлено природу і визначено механізми впливу дефектних структур, сформованих при низькотемпературній (4,2...20 К) пластичній деформації, на комплекс характеристик надпровідного і резистивного станів перехідних металів-надпровідників з різним характером електронного зв’язку.

Показано, що для надпровідника зі слабим електронним зв’язком (Zr) відносний приріст Т_с внаслідок посилення надпровідності на межах деформаційних двійників більш ніж на порядок перевищує ефект, характерний для надпровідника із сильним зв’язком (Nb), що обумовлено сильнішим впливом деформаційних дефектів в Zr на зміну константи міжелектронного притягання.

Показано, що немонотонна зміна Т_с деформованого при низьких температурах Nb, що містить домішки проникнення, після відпалів в температурному інтервалі відповідному 3-й стадії повертання електроопору, пов’язана зі зміною електрон-фононної взаємодії внаслідок переміщення на стоки комплексів вакансія-кисень і очисткою матриці.

Встановлено спільність явища термомагнітної нестійкості при струмовому руйнуванні надпровідності в гетерогенних моноатомних надпровідниках другого роду (Nb, V), що виникає внаслідок термофлуктуаційних стрибків магнітного потоку поблизу деформаційних меж розділу з вищими, ніж в матриці, значеннями локальної густини критичного струму.

В резистивному стані надпровідника 2-го роду (монокристалічній Nb з високою щільністю рівномірно розподілених дислокацій ~ 10¹¹ см^-2) в широкій області магнітних полів (0,2b0,86, b - зведене поле) встановлено кореляцію густини критичного струму й нормальної компоненти струму і визначено найімовірніший механізм крипу потока.

4. Одержано експериментальні дані про вплив напружень розтягування на струмопровідну спроможність композитів різного типу і геометрії на основі сполуки Nb₃Sn при Т=4,2 К в магнітних полях до 7 Тл і визначено процеси і механізми, що контролюють зміни критичного струму в залежності від рівня навантаження.

5. Показано, що малоінтенсивна ультразвукова дія в визначених режимах спричиняє істотне підвищення механічної стійкості керамічних ВТНП Y-Ba-Cu-O, магнітожорсткого магнетика Nd-Fe-B і комплексу надпровідних і механічних характеристик композиту на основі Nb₃Sn. Спостережені ефекти пов’язані з поглинанням механічної енергії на межах розділу, перерозподілом точкових дефектів і мікрозсувною релаксацією внутрішніх напружень термічної природи.

6. Досліджено втомну міцність Zr і сплаву Zr-1 мас. % Nb в умовах знакозмінної деформації в інтервалі температур від кімнатної до 4,2 К^. Показано, що в режимі малоамплітудної втоми спостережуване «аномальне» зменшення довговічності при зниженні температури випробувань від кімнатної до 77 К, сильніше у Zr, пов’язано з двійникуванням на початкових етапах пластичної деформації і накопиченням втомних пошкоджень поблизу меж двійників.

7. Вивчено накопичення деформаційних дефектів і визначено активаційні параметри процесів відпалу точкових дефектів у Zr, деформованому знакозмінним крученням при Т= 4,2 К. На прикладі Zr показано, що для попередньо деформованого металу зі співвідношенням ковзання і двійникування, що змінюється з температурою, проміжний відпал на 3-й стадії повернення електроопору викликає перехід від зміцнення до знеміцнення внаслідок зниження ефективності механізму закріплення дислокацій точковими дефектами і підсилення їх стоку на межі двійників.

8. Встановлено основні закономірності процесів пластичної деформації і руйнування в температурної області 500…4,2 К монокристалів хрому різної орієнтації з вмістом домішок проникнення 210^-2…5^.10^-4 мас. %. Зниження напруження крихкого руйнування в інтервалі температур 4,2 К Т< Т_х (Т_х –температура в’язко-крихкого переходу) обумовлено зростанням локальних напружень внаслідок різної температурної залежності коефіцієнтів лінійного розширення матриці хрому і включень других фаз.

9. Вивчено вплив змін магнітної підсистеми і комбінованої пластичної деформації на механічні властивості хрому і його мало легованого сплаву. Показано істотне збільшення запасу пластичності і зниження температури в’язко-крихкого переходу, викликане релаксацією концентраторів напружень внаслідок об’ємного ефекту при багаторазових послідовних фазових перетвореннях із парамагнітного в антиферомагнітні АF₁ і АF₂ стани і в зворотному напрямку, магнітострикції при дії змінного магнітного поля в АF₂ стані, а також на межах попередньо створених при низьких температурах двійників при подальшій малій деформації ковзанням.

Публікації автора:

1. Гиндин И.А., Стародубов Я.Д., Соколенко В.И., Старолат М.П., Вьюгов П.Н. Изменение напряжения течения и электросопротивления поликристаллического циркония в процессе низкотемпературного знакопеременного деформирования и отжига // ФММ.- 1979.- Т.47, В.5.- С.1069-1074.

2. Гиндин И.А., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Возврат электросопротивления и напряжения течения поликристаллического циркония после знакопеременного деформирования при 4,2 К и отжига // ФММ.- 1980.- Т.50, В.5.- С.1053-1059.

3. Гиндин И.А., Лазарева М.Б., Стародубов Я.Д., Старолат М.П., Гогуля В.Ф., Голубь А.П., Соколенко В.И., Никулин А.Д. Влияние растягивающей нагрузки на критические токи и температуры сверхпроводящих проводов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Атомное материаловедение.- 1981.- В.2 (25).- С.38-41.

4. Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Лазарева М.Б., Полтавец В.А., Соколенко В.И., Лазарева Л.С., Стародубов Я.Д., Горбатенко В.М. Влияние растягивающих нагрузок на критическую температуру и намагниченность ленты Nb₃Sn // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная физика.- 1981.- В.3 (17).- С.19-21.

5. Гиндин И.А., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Вьюгов П.Н. Усталость поликристаллического циркония в интервале температур 4,2-293 К // ФММ.- 1982.- Т.53, В.9.- С.381-384.

6. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Вьюгов П.Н. Особенности упрочнения поликристаллического циркония в процессе знакопеременной деформации при 4,2-293 К // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная физика.- 1983.- В.1 (2).- С.78-79.

7. Борисова И.Ф., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние процессов возврата на температуру сверхпроводящего перехода деформированного при 20 К ниобия // ФНТ.- 1992.- Т.18, №8.- С.844-846.

8. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Критические токи сверхпроводящего ванадия, деформированного кручением при 4,2 К // ФНТ.- 1992.- Т.18, №11.- С.1183-1186.

9. Малик Г.Н., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Тихоновский М.А., Олексиенко М.М. Влияние ультразвукового воздействия на механические свойства и Т_к композита на основе Nb₃Sn // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-физические исследования (Теория и эксперимент).- 1992.- В.2 (23).- С.64-66.

10. Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D., Malik G.N., Tikhonovskij M.A., Oleksienko M.M. Effects of ultrasonic irradiation on superconducting and mechanical properties of the Nb₃Sn-based composite // Cryogenics.- 1992.- V.32, ICMC Suppl.- P.637-340.

11. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние дефектов кристаллической решетки на температуру сверхпроводящего перехода переходных металлов (обзор) // ФНТ.- 1993.- Т.19, №9.- С.251-279.

12. Аксенов В.К., Борисова И.Ф., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние особенностей дефектной структуры на сверхпроводящие свойства монокристаллов ниобия // ФНТ.- 1993.- Т.19, №10.- С.1077-1082.

13. Аксенов В.К., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Дислокационное увеличение температуры сверхпроводящего ниобия // ФНТ.- 1993.- Т.19, №10.- С.1083-1086.

14. Аксенов В.К., Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Леденев О.П., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Фурса В.П. Влияние пластической деформации при 4.2 К на структуру и температуру сверхпроводящего перехода циркония // ФНТ.- 1993.- Т.19, №11.- С.1187-1190.

15. Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D. and Malik G.N. Mechanical stability increase of Y-based HTS as a result of relaxation ultrasonic processing // Physica C.- 1994.- Vol.235-240.- P.3413-3414.

16. Аксенов В.К., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние структурных дефектов, возникших в результате деформации при 4,2 К, на критический ток сверхпроводящего ниобия // ФНТ.- 1996.- Т.22, № 7.- С.798-803.

17. Sokolenko V.I., Aksenov V.K., Borisova I.F. and Starodubov Ya.D. «Anomalous» decrease of critical current in superconductors with deformation twins // Czechoslovak Journal of Physics.- 1996.- V.46, Suppl. S2.- P.879-880.

18. Соколенко В.И. О вкладе дислокаций в электросопротивление ниобия // ФНТ.- 1999.- T.25, №4.- C.362-366.

19. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние низкотемпературной деформации на сверхпроводящие параметры моноатомных и композиционных сверхпроводников (обзор) // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники - 2000.- №5 (11).- С.33-45.

20. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мерисов Б.А., Хаджай Г.Я. Изменение сверхпроводящих, транспортных и микроскопических характеристик переходных металлов при введении примесей внедрения и деформационных дефектов // ФНТ.- 2001.- Т.27, №5.- С.471-481.

21. Борисова И.Ф., Неклюдов И.М., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Трефилов В.И. Структура и механические свойства монокристаллов хрома различной чистоты // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение.- 2001.- №4.- С.19-27.

22. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мирный В.И., Завгородний А.А., Мерисов Б.А., Козинец В.В. Электросопротивление и микроскопические характеристики платины в различных структурных состояниях // ФНТ.- 2003.- Т.29, № 7.- С. 785-792.

23. Оковит В.С., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Чиркина Л.А., Малик Г.Н., Тихоновский М.А. Диссипативные, механические и сверхпроводящие свойства иттриевой ВТСП керамики в различных структурных состояниях // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники.- 2004.- №6(14).- С.81-88.

24. Березняк П.А., Малик Г.Н., Оковит В.С., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Чиркина Л.А. Механическая устойчивость, упругие и диссипативные свойства магнитожесткого материала системы Nd-Fe-B в различных структурных состояниях // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники.- 2004.- №6 (14).- С.107-114.

25. Неклюдов И.М., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние переменного магнитного поля на механические свойства хрома и сплава ВХ-2К // Деформация и разрушение материалов.- 2005.- №3.- С.41-43.

26. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Критический ток, пиннинг и резистивное состояние монокристаллического ниобия с различным типом дефектной структуры // ФНТ.- 2005.- Т.31, №7.- С.745-751.

27. Неклюдов И.М., Стародубов Я.Д., Соколенко В.И. Влияние магнитных полей на сопротивление пластической деформации кристаллических тел (обзор) // УФЖ.- 2005.- Т.50, №8А.- С.А113-А121.

28. Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D., Borisova I.F. Current-voltage characteristics, critical current and pinning force of heterogeneous monatomic superconductors // Proc. 7-th Intern. Workshop on Critical Currents in Superconductors (Ed. H.W.Weber).- World Scientific.- 1994.- P.581-584.

29. Sokolenko V.I., Starodubov Ya.D. and Malik G.N. Influence of ultrasonic irradiation on mechanical properties of Y-based HTSC superconductors // Fourth Euro-Ceramics. High-Tc superconductors. - Gruppo Edit Faenca Editrice, 1995.- Part 1, Vоl.6 (Edito da: F.Barone, D.Fiorani, A.Tampieri).- P.353-358.

30. Ажажа В.М., Вахрушева В.С., Дергач Т.А., Ковтун К.В., Малыхин Д.Г., Петельгузов И.Н., Соколенко В.И. Технология изготовления изделий из циркониевых сплавов для атомной энергетики и некоторые свойства сплавов циркония: Обзор.- Харьков: ИФТТМТ ННЦ ХФТИ, 1999.- 115 с.

31. Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Ожигов Л.С., Ракицкий А.Н., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Трефилов В.И. Исследование низкотемпературной пластичности и разрушения монокристаллов хрома и поликристаллического сплава ВХ-2К в исходном и облученном состояниях // Труды 14-й Международ. конф. по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению.- Харьков, 2000.- C.74-76.

32. Борисова И.Ф., Крапивко Н.А., Неклюдов И.М., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Трефилов В.И. Изучение структуры и механических свойств монокристаллов хрома различной чистоты // Труды 7-го Международ. симпоз. «Чистые металлы».- Харьков, 2001.- С.207-211.

33. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мерисов Б.А., Хаджай Г.Я. Электро-физические характеристики ниобия и тантала различной чистоты // Труды 7-го Международ. симпоз. «Чистые металлы».- Харьков, 2001.- С.215-219.

34. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мирный В.И., Завгородний А.А., Мерисов Б.А., Козинец В.В. Влияние степени чистоты, закалочных и деформационных дефектов на электрофизические характеристики платины // Труды 8-го Международ. симпоз. «Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы».- Харьков, 2002.- C.140-144.

35. Аксенов В.К., Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Леденев О.П., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Фурса В.П. Влияние низкотемпературной деформации на структуру и Т_к циркония // Тез. докл. конф. «Металлофизика сверхпроводников».- Киев, 1986.- Часть III.- С.383-384.

36. Гиндин И.А., Лазарев Б.Г., Лазарева М.Б., Стародубов Я.Д., Старолат М.П, Лазарева Л.С., Соколенко В.И., Горбатенко В.М. Устройства для исследования действия электрического тока и магнитного поля на физико-механические свойства сверхпроводящих материалов // Тез. докл. I Всесоюз. конф. «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов».- Юрмала, 1987.- С.180.

37. Малик Г.Н., Соколенко В.И., Стародубов Я.Д. Влияние релаксирующего ультразвукового воздействия в интервале 77-300 К на механические свойства ВТСП Y-системы // Материалы I Межгосударст. конф. «Материаловедение высокотемпературных сверхпроводников.- Харьков, 1993.- Т.3.- С.150-151.

38. Стародубов Я.Д., Соколенко В.И., Борисова И.Ф. Влияние двойников и дислокаций на критический ток и пиннинг монокристаллического ниобия // Тез. докл. 30-го совещ. по физике низких температур.- Ч.1: «Фундаментальные вопросы сверхпроводимости, включая ВТСП».- Дубна, 1994.- С.244-245.

39. Соколенко В.И., Стародубов Я.Д., Мерисов Б.А., Хаджай Г.Я. Об изменении сверхпроводящих, транспортных и микроскопических характеристик переходных металлов при введении примесей внедрения и деформационных дефектов // Тез. доклад. 32-го всеросс. совещ. по физике низких температур. - Секция SC: «Сверхпроводимость».- Казань, 2000.- С.179-180.

40. Неклюдов И.М., Соколенко. В.И., Стародубов Я.Д. Стимулированное магнитными превращениями и переменным магнитным полем изменение механических свойств хрома и сплава ВХ-2К // Тез. докл. ХLII Международ. конф. «Актуальные проблемы прочности».- Калуга, 2004.- С.119.

41. Неклюдов И.М., Нетесов В.М., Соколенко В.И. Современные методы направленного изменения структуры и свойств конструкционных материалов при активизации релаксационных процессов // Тез. доклад. Международ. конф. «Физика конденсированного состояния вещества при низких температурах».- Харьков, 2006.- С.231-232.