Особенности релаксационных параметров кварца разного типа при динамическом наноиндентировании

Abstract

УДК 538.9:538.951

Исследованы кристаллы SiO2 разного типа: монокристаллические (α-SiO₂), поликристаллические (р-SiO₂) и аморфные, или стеклообразные, (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 (h_e, h_e-p и h_res) 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.

Ключевые слова: кварц разного типа: монокристаллический, поликристаллический и аморфный (стеклообразный); динамическое наноиндентирование; релаксационные параметры, механизмы деформации.

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 (h_e, h_e-p, and h_res) 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 rotational-translational 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.

Keywords: quartz of different types: single-crystal, polycrystalline, and amorphous (glassy); dynamic nanoindentation; relaxation parameters; deformation mechanisms.

Download full-text PDF. 1 downloads

Menu

Vol. 62 (2026), Issue 1, p. 43-51

Особенности релаксационных параметров кварца разного типа при динамическом наноиндентировании

Abstract