Особенности релаксационных параметров кварца разного типа при динамическом наноиндентировании [Articol]

Abstract

Исследованы кристаллы SiO2 разного типа: монокристаллического (α-SiO2), поликристаллического (р-SiO2) и аморфного, или стеклообразного, (а-SiO2) с целью выявить влияние структурной формы на изменение релаксационных параметров при динамическом наноиндентировании. Для всех исследованных образцов было отмечено, что параметры релаксации зависят от типа образца и проявляют закономерное возрастание с увеличением нагрузки на индентор. Детальное изучение релаксационных параметров (he, he-p и hres) позволило определить механизмы пластического деформирования кварца разного типа при наноиндентировании. Компьютерная визуализация рельефа поверхности вокруг отпечатков подтвердила участие ротационно-трансляционного механизма деформирования кристаллов SiO2 разного типа в образовании отпечатков твердости. Показано, что ротационный механизм вносит больший вклад при индентировании кварца в интервале малых нагрузок (Р = 10–50 мН), а вклад трансляционного механизма возрастает с увеличением нагрузки (Р = 100–500 мН) и при переходе в ряду α-SiO2 → р-SiO2 → а-SiO2.

This study examined various types of SiO2 crystals: single-crystal (α-SiO2), polycrystalline (p-SiO2), and amorphous (glassy) (a-SiO2) ones so as to find out the influence of a structural form on changes in relaxation parameters during dynamic nanoindentation. For all studied samples, relaxation parameters were found to depend on the sample type and exhibit a consistent increase with increasing of indenter load. A detailed study of the relaxation parameters (he, he-p, and hres) allowed us to determine the mechanisms of plastic deformation of different quartz types during nanoindentation. Computer visualization of the surface topography around the indentations confirmed the involvement of the rotationaltranslational deformation mechanism of different types of SiO2 crystals in the formation of hardness indentations. It is shown that the rotational mechanism makes a greater contribution to quartz indentation in the low-load range (P = 10–50 mN), while the contribution of the translational mechanism increases with load increasing (P = 100–500 mN) and during the transition in the series α-SiO2 → p-SiO2 → a-SiO2.