ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование и разрушение структурированных систем из "Курс коллоидной химии 1984" Процессы разрушения представляют значительный интерес пе только для размола материалов (например, цемента) и получения дисперсных систем, но также для изучения практических условий разрушения твердых тел при их эксплуатации, особенно в условиях усталостного понижения прочности. [c.273] Прочность, как и межфазная свободная энергия, является макроскопической характеристикой микроскопических сил сцепления (см. раздел XIV. 1). Последние можно оценить в первом приближении, например, для ионных решеток, пользуясь законом Кулона f = e /d , где е = 4,8-10 - ° GS Eq ii 3-10- см — расстояние между центрами ионов. Прочность на 1 см поверхности т =/v = = f/A, где Л = 10 см — площадь, приходящаяся на один ион. Расчет дает т 2-10 — дин/см или 2 г/мм . Прочность реальных тел оказывается на несколько порядков меньшей это различие объясняется дефектностью структуры — наличием микротрещин, дислокаций, местных внутренних напряжений и пр. [c.273] Взаимодействие со средой, изменяя ст, может привести к значительному уменьшению прочности. На этом основан так называемый эффект Ребиндера , заключающийся в адсорбционном понижении прочности при воздействии ПАВ. Проникая, вследствие поверхностной подвижности, к зоне предразрушения (например, вершине трещины), молекулы ПАВ снижают ст, уменьшая работу образования новой поверхности. Следовательно, сущность эффекта Ребиндера заключается в облегчении деформации и разрушения вследствие снижения ст. Акт адсорбции должен происходить одновременно с актом разрыва связи в момент образования новой элементарной ячейки поверхности. Таким образом, для адсорбционного понижения прочности (в отличие от коррозии) характерно обязательное сочетание действия среды и механических напряжений . [c.273] Для металлов поверхностно-активной средой служат жид металлы. Адсорбционное понижение предела прочности может сделать его значительно меньшим, чем предел текучести это приводит к хрупкому разрыву тел, пластичпых в обычных условиях. Например, стальные оси иногда ломаются при расплавлении баббита в подшипниках. Разрушающее денствне среды особенно проявляется в условиях усталости металлов под действием многократных нагрузок. [c.274] Для ионных кристаллов активными являются полярные среды — растворы электролитов и ПАВ, сама вода, разрушающая твердые минералы, кристаллические структуры, стекла. Примером понижения прочности может служить известный опыт, в котором ножницами режут листовое стекло, погруженное в мыльную воду, или использование мыльной пены при бритье. [c.274] На основе исследования этих закономерностей Ребиндер выдвинул весьма интересную идею создания прочного материала через разрушение . Суть идеи заключается в повышении прочности твердого тела путем разрушения его по всем дефектам (снижающим реальную прочность), с последующим прочным сращиванием образовавшихся частиц. Такое упрочнение достигается в производстве бетона. Задача состоит в том, чтобы на начальном этапе бетонная смесь при минимальном содержании воды обладала бы легкоподвижностью, т. е. была бы удобной при укладке. Последнее соответствует наименьшей прочности структуры и достигается разрушением путем механического воздействия п введения добавок ПАВ. Получаемый таким способом бетон обладает значительно более высоким пределом прочности тт, чем обычный, полученный без применения ПАВ [12]. [c.274] Тиксотропия представляет собой обратимый переход зольгель протекающий при механическом воздействии. Примером тиксотропной системы может служить суспензия бетонитовой глины. Прн концентрациях дисперсной фазы 10 % суспензия утрачивает текучесть, застывает и приобретает упругие свойства, деформируясь вполне обратимо при небольших нагрузках. Однако после встряхивания ее, иапример в мерном цилиндре, она полностью разжижается. Если оставить суспензию в покое, она через некоторое время 0, называемое тиксотропным периодом, становится вновь твердообразной. [c.275] Явление тиксотропии объясняется разрывом контактов, образующих структуру геля, с последующим обратимым их восстановлением в процессе броуновского движения частиц. Поэтому физический смысл 0 близок к периоду медленной коагуляции и определяется скоростью диффузии, а также высотой энергетического барьера. Значения 0 для реальных систем могут составлять ка доли секунды, так и десятки часов. Строгой количественной теории тиксотропии до настоящего времени не существует, несмотря па огромное практическое значение этого явления. [c.275] Типичные тиксотропные системы — оползни и плывуны. [c.275] В качестве примера положительной роли тиксотропии можно пр11вести глинистые растворы, применяемые при турбинном способе бурения нефтяных скважин. [c.275] Т1] сот ропные свойства опрс 1я от качество масляных красок. Они должны разжижаться при ди. чеиии кисти и сразу же после этого затвердевать, не стекая под действием силы тяжести, Сле-Г.У- , наконец, отметить, что тшчсотропными свойствами обладают как сама протоплазма, так и более крупные биологические структуры, например, мышечные волокна. [c.275] Реологичеекие свойства структурированных систем (в частности, тиксотроп -ные и дилатантные) определяются межчастичпым взаимодействием — энергией связи дисперсных частиц. Обычно тиксотропные свойства связывают с силами притяжения, а дилатантные — отталкивания [22]. [c.276] Описание реологических свойств строится на основе различных моделей, в частности, цепочечной модели, развитой Бибиком и Лавровым при течении дисперсной системы через поперечное электрическое или магнитное поле в ней возникают поляризованные цепочки частиц, текущие как одно целое поляризация изменяет не только оптические (см. раздел XII. 7), но и реологические свойства дисперсий, изучение которых позволяет выявить физический смысл важнейших параметров (таких как Ха в (XIV. 6), т в (XIV. 11) и др.). [c.276] Таким образом новые направления науки — электуореология и магните реология— дают основы для построения количественной теории, выражающей реологические свойства систем в функции энергии связи (силы сцепления частиц), напряженности поля и скорости сдвига [18, 23]. Практическое значение заключается в управлении реологическими свойствами дисперсных систем (особенно ферромагнетиков) посредством воздействия внешних полей , ориентирующих диполи. [c.276] Вернуться к основной статье