Nanoindentation of pure and gas-saturated fullerite C60 crystals: elastic-to-plastic transition, hardness, elastic modulus

Анотація

Вивчено пружно-пластичний перехід у разі наноіндентування площини (111) кристала чистого фулериту С₆₀. Початок пластичної деформації матеріалу під індентором фіксували за появою плато на початковій стадії кривої навантаження. Встановлено, що напруження початку пластичності відповідає величині теоретичного напруження зсуву, необхідного для гомогенного зародження дислокацій в ідеальній кристалічній ґратці С₆₀. Одержано емпіричні значення модуля пружності E ≈ 13,5 ГПа, твердості ідеальної кристалічної ґратки H ≈ 1,4 ГПа та твердості при різних навантаженнях на індентор. Залежність твердості від навантаження відповідає моделі геометрично необхідних дислокацій. На форму діаграм навантаження і залежність контактного тиску від глибини індентування сильно впливає наявність у кристалі газових домішок проникнення (водню, кисню, азоту); напруження переходу до пластичності значно менше, формування сходинок спостерігалось при підвищених напруженнях і більших глибинах проникнення індентора у порівнянні з чистим кристалом С₆₀. Для кристалів, насичених воднем, одержано підвищені величини модуля пружності ~ 20,4 ГПа та твердості ~ 1,1 ГПа. Дослідження проведено при кімнатній температурі на кристалах С₆₀ з гранецентрованою кристалічною ґраткою (високотемпературна фаза), але його результати мають важливе значення для опису фізико-механічних властивостей низько-температурної фази С60 (проста кубічна ґратка) нижче 260 К (С. В. Лубенец, Л. С. Фоменко, В. Д. Нацик, A. В. Русакова, ФНТ 45, 3 (2019) [Low Temp. Phys. 45, 1 (2019)]).