В последние годы большой интерес вызывает синтез разнообразных наночастиц и наноматериалов. Среди множества современных материалов все большее внимание привлекают порошковые объекты, исходным сырьем для получения которых являются порошки металлов и неметаллов. Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали математическую модель уплотнения нанопорошка алюминия, которая может быть использована при получении новых материалов с мелкозернистой структурой методом компактирования. По результатам исследования опубликована статья в высокорейтинговом научном журнале International Journal of Plasticity.
Порошковая металлургия является активно развивающейся технологией, которая даёт возможность получать материалы с заданными свойствами и структурой. Поэтому разработка методов получения нанопорошков и материалов на их основе является актуальной задачей, имеющей научный и практический интерес. Сотрудники Лаборатории функциональных материалов ЮУрГУ разработали решение при помощи молекулярной динамики. Разработанная учеными математическая модель уплотнения нанопорошка металла позволяет учитывать изменение формы наночастиц. Для расчетов движения каждого атома в системе были использованы мощности суперкомпьютера ЮУрГУ «Торнадо». Один из авторов работы – доктор физико-математических наук Александр Майер, научный сотрудник лаборатории функциональных материалов Южно-Уральского государственного университета.
«Метод компактирования порошка для получения наноматериалов давно известен, но пока нет описания поведения материала при таком сжатии. Разработанная нами модель предназначена для использования в макроскопическом моделировании ударно-волновых процессов динамического уплотнения нанопорошков для описания локальной механической реакции и оценки степени уплотнения в каждом конечном элементе. Это обеспечивает кинетическую форму определяющих уравнений для нанопорошка, которые будут использованы для расчета свойств полученного материала», – рассказывает Александр Майер.
Модель рассматривает стадию свободной релаксации, когда наночастицы взаимно притягиваются из-за поверхностного натяжения и взаимно отталкиваются из-за упругих напряжений. А также стадию уплотнения, когда взаимодействие между упругой деформацией и пластичностью определяет механическую реакцию порошка. Механическая модель уплотнения нанопорошка металла, созданная учеными Южно-Уральского государственного университета, учитывает изменение формы наночастиц при взаимном вдавливании, действие поверхностного натяжения, упругих напряжений и пластической деформации частиц.
Так как процессы компактирования нанопорошков связаны с получением новых материалов с уникальными свойствами, то разработанная математическая модель в будущем позволит исследовать новые материалы и комбинации материалов. Экспериментальные группы, которое будут разрабатывать соответствующую технологию компактирования данных порошков, могут использовать результаты работы ученых ЮУрГУ для достижения необходимого результата в будущем.