ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Факторы, определяющие прочность структур. Механизм счруктурообразования из "Курс коллоидной химии Поверхностные явления и дисперсные системы" К свободнодисперсным и связнодисперсным системам, обладающим коагуляционной и конденсационно-кристаллизационной структурой, относится большинство различных природных и синтетических материалов, имеющих важное хозяйственное значение. Это металлы, сплавы, керамика, бетоны, пластмассы и др. Знание общих закономерностей образования систем с определенной структурой помогает находить методы управления технологическим процессом получения материалов с заданными свойствами. [c.437] Большинство важнейших материалов полученных в обычных условиях, является дисперсными системами. Их структуру составляют мельчайшие частицы (зерна, кристаллы), хаотичесю сросшиеся между собой. Технология перечисленных материалов, как правило, предусматривает предварительный перево.т исходного сырья в жидкообразное состояние, которое позволяет различными методами регулировать структурно-механп-ческие и другие свойства продукта. Механические свойства твердых тел непосредственно зависят пт свойств структуры, которая определяется как атомным и ),пекулярным строением отдельных кристаллов и зерен, так и их размерами, взаимным расположением, качеством связей между ними, наличием дефектов, пористости и другими факторами. [c.437] Напряжения, при которых происходит ско.тьжение плоскостей спайности, обычно в сотни раз меньше теоретически ожидаемых из-за наличия дефектов в кристаллической структуре реальных тел. Дефекты неоднородны и хаотически распределены в объеме кристалла или материала и иа их поверхности. Они соответствуют об.тастям избыточной энергии Гиббса, и при разрушении твердого тела его можно представить как заготовку будущей свободнодисперсной системы — порошка илп суспензии. Как уже указывалось ранее, дробление материала приводит к уменьшению дефектов в структуре частиц, так как разрушение ироисходит по наиболее опасным дефекта.м. Отсюда следует, что прочность частиц и материала из них возрастает с увеличением степени раздробленности. Этот вывод послужил основанием для крылатой фразы путь к прочности материалов лежит через их разрушение. [c.438] Поверхность контактов пропорциональна числу контактов, а также, как ранее было показано, дисперсности. Таким образом, с повышением дисперсности увеличивается поверхность контактов, что способствует увеличению прочности структуры тел. [c.438] Реологические свойства структуры в материале в большой мере зависят от наличия и качества прослоек среды между частицами, в том числе от присутствия илп отсутствия различных активных добавок. Разжижение коагуляционной структуры, как это следует из выше рассмотренных ее свойств, может быть обеспечено уменьшением силы сцепления частиц (увеличением агрегативной устойчивости), устранением их аннзометричности и изотропным механическим воздействием, например вибрацией (использование явления тиксотропии). [c.439] Прочность одного контакта составляет =10 мкН и ниже. Прочность контакта уменьшают силы отта.лкивания, которые могут иметь разную природу (обусловлены электрическими илп упругими сольватными слоями). [c.439] Из сказанного выше следует, что прочность коагуляционных структур значительно ниже прочности структур, обусловленных непосредственным сцеплением частиц между собой. Прослойки среды в местах контактов, играющие роль смазочного материала, обеспечивают подвижность отдельных элементов структуры. Материа.лы с такой структурой обладают высокой пластичностью и способностью к ползучести при небо.ть-ших напряжениях сдвига. Таким образом, увеличивая или уменьшая толщину прослоек среды в местах контакта частиц или изменяя их гидро,а,инамические свойства с помощью некоторых добавок (модификаторов), можно регулировать в широких пределах механические свойства коагуляционной структуры материала. [c.439] лиофильность поверхности частиц можно изменять с помошью поверхностно-активных веществ, в том числе высокомолекулярных. ПАВ и ВМС могут изменять структуру межчастичных прослоек. Лиофильность поверхности частиц возрастает с развитием двойных электрических слоев, их диффузной части, что обеспечивается заменой всех катионов на поверхности частиц однозарядными катионами щелочных металлов. Этот метод широко используется, например, для увеличения текучести глинистых суспензий. [c.440] Толщина прослоек уменьшается с увеличением концентрации дисперсной фазы, что, соответственно, приводит к уве. т-чению прочности структуры и одновременно к уменьшению ее пластических свойств. Для сохранения и.ластичности возрастает необходимость в использовании специальных поверхностноактивных веществ, а иногда и в предварительном модифицировании поверхностн частиц дисперсной фазы. [c.440] Необходимо отметить некоторую специфику влияния дисперсности на свойства материалов, которые получают из сус пензий, имеющих жидкую дисперсионную срсду. В суспензиях по мере роста дисперсности увеличивается эффективный объем твердой фазы за счет сольватных (гидратных) слоев и уменьшается расстояние между частицами, благодаря чему возрас тает вероятность попадания их в сферу взаимного притяжения В то же время рост объема сольватных (гидратных) слоев с увеличением дисперсности не способствует получению плотного беспористого материала. Плотность материала возрастает прн использовании полидисперсных систем суспензий, порошков, у которых в промежутках между относительно крупными частицами располагаются мелкие. Получению плотного материала способствует агрегативная устойчивость суспензий. [c.440] Атомные контакты переходят в фазовые, ири которых химические связи реализуются на площади, в несколько десятков раз превышающей площадь атомных ячеек. На фазовый контакт приходится до 100 и более химических связей. [c.441] Как отмечалось выше, различие конденсационных и кристаллизационных структур состоит также в природе связи между частицами. В конденсационных структурах роль мостиков играют некристаллические продукты химических реакций, например продукты поликоиденсации. Соответственно конденсационные структуры бо.тее эластичны, че.м кристаллизационные. [c.441] Образование конденсационно-кристал.шзационных структур может происходить по разным механизмам. Реальные процессы структурообразования протекают по нескольким механизмам одновременно. Точечные, а затем и фазовые контакты возникают при удалении дисперсионной среды или ее связывании, например при образовании гидратов. [c.441] Вернуться к основной статье