ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Субмикроскопические трещины в нагруженных полимерах и кинетика их развития из "Кинетическая природа прочности твердых тел" Настоящим параграфом начинается описание результатов экспериментального изучения трещин, развивающихся в твердых телах под нагрузкой. [c.285] Сам вопрос о минимальных размерах первичных трещин сложен и неоднозначен. Так, в теориях, где рассматривается полость в идеально упругой растянутой среде [1, 503], выводится критический размер, ниже которого трещина неустойчива и должна зарасти . Размер же этот определяется напряжением, свойствами среды (поверхностным натяжением, упругостью) и формой полости. Опыты, как правило, не согласуются с выводами подобных теорий, выявляя устойчивые трещины с размерами меньшими, чем рассчитанные критические [36, 43, 504— 510]. Для реальных тел с их надатомной (надмолекулярной) структурой и дефектами и далеко неидеальной упругостью есть все основания ожидать, что появление и размеры зародышевых трещин будут тесно связаны с гетерогенностью строения тел. [c.286] О зародышевых трещинах много писали (например [1, 8—11, 504—510]), включали их тем или иным образом в ход процесса разрушения тела, строили теоретические картины их возникновения и т. д. Экспериментальное же изучение таких трещин начало развиваться сравнительно недавно. К настоящему времени появление мельчайших трещин обнаружено в ряде веществ. Систематическое же изучение их свойств, закономерностей их появления и развития, связи их со строением тел только начинается. [c.286] Обнаружение субмикроскопических трещин и определение их характеристик. В отличие от крупных трещин, доступных для наблюдения простым глазом или с помощью оптической микроскопии, для регистрации мельчайших первичных трещин (имеются в виду размеры в десятки — сотни ангстрем) приходится применять более сложную технику и подыскивать специальные объекты, где таких трещин появляется достаточно много. Поскольку речь идет о трещинах с размерами, недоступными для наблюдения в оптические микроскопы, мы будем в дальнейшем называть их субмикроскопическими. [c.286] Лением в них мельчайших трещин [509, 510]. Ими же была сделана попытка увидеть эти трещины в электронном микроскопе (делалась реплика с поверхности скола кристалла) [509. 510]. [c.287] Систематическое и детальное изучение, субмикроскопических трещин, появляющихся прн растягивающем нагружении полимеров, началось в конце 50-х годов в лаборатории физики прочности ФТИ им. А. Ф, Иоффе АН СССР. [c.287] Прежде всего, в отличие от предыдущего простого визуального наблюдения помутнения полимеров, было осуществлено количественное изучение неоднородностей, возникающих в полимерах при их растяжении и вызывающих помутнение образцов. Для этого были применены установки, позволяющие изучать характеристики рассеянного в полимерах с неоднородностями излучения интенсивность рассеяния, его угловые зависимости, поляризацию, спектральную зависимость рассеяния. [c.287] Изучалось рассеяние двух видов электромагнитного излучения видимого света (длина волны X = 4000- 6000 А) и рентгеновских лучей ( t= 1 -f-2 А). Отличаясь по длинам волн в тысячи раз, эти два вида излучений позволяют получать более надежные данные (проверяя друг друга), а также удачно дополняют друг друга, поскольку видимый свет легче дает информацию о неоднородностях с размерами в сотни — тысячи ангстрем, а рентгеновские лучи — о неоднородностях меньших размеров — десятки-сотни ангстрем. [c.287] В основе методов рассеяния излучения как методов изучения субмикроскопических неоднородностей (или частиц) лежит теория рассеяния на одиночной неоднородности [511—516]. Согласно этой теории, рассеянное излучение в виде индикатрисы — распределения интенсивности рассеянного излучения по углам относительно первичного пучка — несет информацию о самой неоднородности о ее размерах, форме, ориентации (это заключено в угловых характеристиках рассеяния) и о природе неоднородности (это заключено в величине интенсивности рассеяния, зависящего от рассеивающей способности неоднородности). [c.287] Из выражения (21) видно, что интенсивность рассеяния резко зависит от размеров неоднородности (У 1) и ее удельной рассеивающей способности, определяемой отклонением свойств вещества неоднородности от свойств среды [(т1н — т1ср) ]. Крутизна спадания интенсивности рассеяния с углом определяется размерами неоднородности. [c.288] Эффективные углы, на которые распространяется рассеянное излучение, определяются соотношением размеров неоднородностей /н и длины волны к [511—516]. Грубо значение этих углов близко к величине к/1н (см. по выражению (21)). [c.289] Отсюда следует, что для субмикротрещин с размерами в сотни ангстрем рассеяние видимого света распространяется на весь диапазон углов рассеяния — до 180°, а для рентгеновского рассеяния индикатриса сосредотачивается в области углов порядка минут или десятков минут, т. е. в области малых углов. Эти обстоятельства и определяют схемы установок для измере- ия обоих видов рассеяния (рис. 150). [c.289] В настоящее время в установке для измерения рассеяния света целесообразно использовать в качестве источника излучения лазер, а для регистрации рассеянного излучения — фотоумножитель для изучения рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами — соответственно острофокусную рентгеновскую трубку и сцинтилляционный счетчик кристаллофосфор и фотоумножитель. [c.289] В результате подобные устройства становятся эффективным средством исследования субмикроскопических трещин. Большим достоинством этих дифракционных методов является то, что можно изучать тела, находящиеся непосредственно под нагрузкой, при различных температурах, в разных средах и т. д. [c.289] Прежде чем переходить к описанию экспериментальных результатов дифракционного изучения субмикротрещин, приведем данные, показывающие надежность дифракционных методов в определении характеристик субмикроскопических неоднородностей. Для этого брались объекты, содержащие неоднородности с известными размерами и известной концентрацией слабые растворы глобулярных белков и частиц латекса [519, 535]. На дифракционных установках промерялись индикатрисы, возникающие при прохождении первичных пучков через кюветы с растворами. Индикатрисы обрабатывались, и результаты этой обработки сведены в табл. 23. Можно видеть, что наши дифракционные методики дают результаты, достаточно близкие к действительности. Это и позволяет использовать их для изучения субмикротрещин. К настоящему времени методами рассеяния выполнен ряд работ по экспериментальному изучению субмикро-трещин [517—551]. [c.289] Схемы установок для изучения субмикроскопических трещин в твердых телах методами рассеяния электромагнитных излучений. а) Установка для изучения рассеяния света / — источник света (лазер) 2—первичный скОллимированный луч 3 —образец в цилиндрической кювете 4—с иммерсионной жидкостью 5 5 —лимб гониометра 7 —фотоумножитель 8—коллиматор рассеянного излучения 9—регистрируемый рассеянный луч. б) Установка для изучения рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами / — рентгеновская трубка 2 —первичный луч, скол-лимированный системой щелей или диафрагм 3 4 —образец 5—лимб гониометра 5—регистрируемый рассеянный луч 7—счетчик квантов со щелью или диафрагмой 8 перед ним 5—эвакуированный объем. [c.290] После восстановления исходного (нерастянутого) состояния образцов в обоих слу чаях рассеяние возвращается к исходному уровню. [c.292] Здесь Ун — объем одной неоднородности, Дт] — разность электронной концентрации неоднородности и среды (Дт), как правило, пропорционально Ар — разности обычной плотности), Ын — концентрация неоднородностей, В — известный коэффициент, включающий геометрические характеристики установки. [c.294] Для использования (24) требуется знать экстраполяционное значение интенсивности рассеяния при ф = 0. Это может быть получено, если данные тина рис. 152,6 и в перестроить в координатах lg/ — ф2. [c.294] ЧТО ВО всех случаях размеры составляют сотни — тысячи ангстрем, а форма неоднородностей является более или менее уплощенной с ориентацией плоскости перпендикулярно к оси растяжения образцов. [c.296] Вернуться к основной статье