Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
На основании опытов, содержание которых изложено выше, можно сделать вывод об известной общности механизма разрушения хрупких металлов и неметаллических кристаллов. В обоих случаях хрупкому разрыву предшествует некоторая пластическая деформация, на создание которой затрачивается работа внешней силы. Общность закономерностей разрушения с металлами обнаружена и у стекла — явно аморфного и типично хрупкого материала [102]. С другой стороны, наши исследования закономерностей измельчения кристаллического кварца и кварцевого стекла указывают на идентичность их поведения при измельчении.

ПОИСК





Механизм хрупкого разрушения малых частиц

из "Физика измельчения"

На основании опытов, содержание которых изложено выше, можно сделать вывод об известной общности механизма разрушения хрупких металлов и неметаллических кристаллов. В обоих случаях хрупкому разрыву предшествует некоторая пластическая деформация, на создание которой затрачивается работа внешней силы. Общность закономерностей разрушения с металлами обнаружена и у стекла — явно аморфного и типично хрупкого материала [102]. С другой стороны, наши исследования закономерностей измельчения кристаллического кварца и кварцевого стекла указывают на идентичность их поведения при измельчении. [c.119]
Согласно представлениям, развитым Лихтманом, Щукиным и Ребипдером [29], это обстоятельство несущественно, так как для выполнения условий Гриффитса достаточно, чтобы хотя бы в одном месте пластические деформации оказались заторможенными каким-либо препятствием. Тогда в месте такого заторможенного сдвига разовьется трещина, которая hj)h удовлетворении условию Гриффитса становится опасной . Таким образом, условие Гриффитса объясняет причину снижения прочности кристаллов опасными дефектами, а источником их возникновения является пластическое деформирование. Тре-пщиы возникают и развиваются в процессе пластического сдвига под действием скалываемых напряжений, и становятся опасными по достижении соответствующих размеров и при соответствующем уровне растягивающих напряжений. При сжатии разрушение материала происходит преимущественно по направлениям, на которых скалывающие и растягивающие напряжения равны по абсолютной величине [105]. (Это условие справедливо, вообще говоря, только для механически изотропных материалов, какими являются кварц и ряд горных пород). [c.121]
Теория зарождения трещин в кристаллах в результате сдвига основывается на дислокационной модели. В общем случае, однако, применительно к развитию трещин можно, по-видимому, ввести представление о подвижных структурных дефектах атомного размера, характер движения и распределения которых таков же, как и в дислокационной модели. (Вектор Бюргерса-переменная величина). Тогда основные положения теории дислокации применимы и к хрупким аморфным телам, закономерности разрушения которых мало отличаются от закономерностей хрупкого разрушения кристаллических тел. О существовании многочисленных атомных дефектов в поверхностных слоях частиц измельченных материалов свидетельствуют описанные выше нарушёния кристаллической структуры, механохимические процессы, а также терыолюминесцен-ция, экзоэлектронная эмиссия и другие явления. [c.122]
Принимая PJP iG [109], находим для кварца, например, 1,5—6 мкм. Если же PJP iQP, то , 150— 600 мкм. Размеры же частиц даже при сравнительно низкой дисперсности, равной 1 м г, составляют в среднем ОКОЛО 2 мкм. В процессе вибрационного измельчения нами получены порошки с удельными поверхностями более 100 м г. Средние размеры частиц таких порошков в десятки-сотни раз меньше опасных трещин. В этом случае модель Гриффитса должна быть дополнена учетом конечных размеров тела. [c.122]
- кривая 1 (А ) — более выпуклая, чем по уравнению (3. 5). [c.123]
Пусть под действием скалывающего напряжения твердое тело претерпело сдвиг, который заторможен вследствие присутствия некоторого непреодолимого препятствия, как-то рабочие поверхности сжимающего инструмента и области всестороннего сжатия или сдвиги, направление которых резко не совпадает с направлением рассматриваемого. Если наибольшим препятствием распространению сдвига служат поверхности инструмента, что наиболее вероятно, то он распространяется фактически па все сечение частицы. Вокруг незавершенного локального сдвига концентрируются высокие скалывающие и нормальные напряжения [105]. При этом максимальные растягивающие напряжения возникают под некоторым углом 6 к плоскости сдвига, где они достигают величины (С/г) / [29]. Здесь С — область локализации заторможенного участка сдвига, г — расстояние данной точки от его вершины. В области концентрации напряжений возможно образование клиновидной трещины, если упругой энергии, освобождаемой при ее образовании, достаточно для образования новой свободной поверхности. [c.124]
Распространение трещины происходит, по-видимому, зигзагообразно, поскольку в местах всестороннего сжатия трещина встречает непреодолимые препятствия и отра-исается от них. Плотность упругой энергии в кубе со стороной, равной С, составит Шс г) т С12 г. При этом г меняется в интервале г Сг С.С, где Го Ю А определяет предел применимости теории упругости, С — модуль сдвига, т — напряжение сдвига [29]. [c.125]
Щукину и Ребиндеру [29] максимальное значение области локализации сдвига, необходимое для создания опасной трещины, приблизительно тех же размеров, что и величина опасной трещины, которая для сравнительно массивных частиц, как указывалось выше, порядка 10 — 10 А. [c.126]
В массивных телах (X 1 ) заторможенные участки сдвига локализуются в малых областях вблизи препятствий и не распространяются на все сечение частицы. В тех же случаях, когда частицы малы (Х 1 ), область заторможенного сдвига охватывает все ее сечение. [c.126]
При сжатии разрушение происходит по направлениям, где (Рр I I Тр ( рв/ /2. — разрушающее внешнее напряжение. [c.127]
Необходимо заметить, что формулы (3. 6)—(3. 8) представляют собой критерий энергетической выгодности образования трещин. Реальная возможность их образования определяется в соответствии со статистической теорией твердого тела уровнем возникающих перенапряжений и числом одновременно возникающих сдвигов. В связи с этим в предельно напряженном образце образуется не одна, а множество трещин. [c.127]
При X С уравнение (3. 12) переходит в уже известное выражение P 1 =fЪP. тJ [29]. Если же X мало, то С- кХ, где к — постоянная порядка единицы. [c.128]
Из формул (3. 13)—(3. 15) видно, что с уменьшением размера частиц их прочность приближается к теоретической, а с увеличением — к прочности массивных образцов. [c.129]
Формулы (3. 5)—(3. 16) получены в предположении отсутствия в образцах до приложения к ним напряжений каких-либо трещин. Фактически же в них содержатся структурные дефекты, число и степень опасности которых зависит от предыстории образцов. В случае измельчения это особенно существенно, поскольку каждая частица представляет собой осколок разрушенной частицы большей крупности и, следовательно, многократно подвергалась напряжениям, близким к предельным. Причем чем мельче частицы, тем большее, в среднем, число циклов разрушения они испытали. На этом основании можно полагать, что зависимость прочности от размера частиц фактически слабее, чем дается выражением (3. 15). При измельчении в активной среде для зависимости усталостной прочности металлических образцов от их размеров [29] можно ожидать либо неизменности, либо даже снижения прочности с ростом дисперсности твердых тел. К сожалению, механизм масштабного эффекта прочности, хотя и подвергается систематическому исследованию, все еще неясен. Более того, закономерности масштабного упрочнения из-за многочисленности факторов, на него влияющих, не установлены однозначно. [c.130]
Влияние масштабного фактора при измельчении осложнено также и тем, что частицы в каждом акте соударения или сжатия подвергаются разрушению не в одиночку, а группами. Объем групп, вероятно, не зависит от размеров частиц, когда те становятся достаточно мелкими. Границы между однородными зернами вряд ли служат серьезными препятствиями распространению сдвига при сжатии группы, а вероятность нахождения опасного сдвига в одной из частиц группы не меньше, чем в сплошном теле того же объема. Все это делает учет масштабного фактора в теории измельчения, особенно принимая во внимание отсутствие каких-либо падежных прямых экспериментальных данных, крайне неоднозначным. [c.130]
В связи С общим развитием техники приборостроения. Созданный Шёнертом и Румпфом [112] прибор позволил изучить процесс разрушения частиц размером от 2 мкм до 10 мм и в каждом случае измерить также зерновой состав продуктов разрушения частиц. В установке предусмотрена запись перемещения штока, осуществляемая посредством электромагнитной системы с разрешающей способностью 1/50 мкм. Усилие, передаваемое разрушаемой частице, при медленном нагружении измеряется по изменению тока точным потенциометром, а при быстром — электроннолучевым осциллографом. Образец помещается между двумя нлоско-параллельными сапфировыми пластинками, сквозь верхнюю из которых можно было наблюдать и фотографировать с помощью микроскопа процесс разрушения. [c.131]
Осколки частиц собирали на нижней пластинке, а для предотвращения их разлета разрушаемая частица помещалась в каплю поды. Полученный таким путем препарат фотографировали. Для повышения точности измерения частицы разделяли в центробежном поле на фракции. По снимкам измеряли гранулометрический состав порошка и подсчитывали его удельную поверхность. Во избежание повторного разрушения осколков между сапфирами помещали имеющую кольцевой вырез пленку толщиной 0,5—0,0 диаметра частицы. Было специально [юказано, что прочность стеклянных шариков в воде и 30 влажном воздухе практически одинакова. [c.131]
Величина прочности измерялась как отношение раз-Jyшaющeй силы к площади сечения частицы в плане. [c.131]
В опытах учитывался холостой ход прибора и напряжения его частей. По диаграммам напряжение—дефор-ация были вычислены прочность и работа разрушения астиц различных размеров и формы, кроме специально зготовленных стеклянных шариков, а также были испы-шы частицы кварца, известняка, угля, клинкера и пор-ира. [c.131]


Вернуться к основной статье


© 2026 chem21.info Реклама на сайте