Se dezvoltă teoria ruperii unui corp rigid, absolut elastic, din teoria structurii sticlei și mecanismul ruperii legăturilor chimice. Distribuția discretă a legăturilor chimice în sticlă prin puterea lor determină rezistența sticlei prin întindere. Rezistența sticlei este caracterizată de rezistența celor mai puternice legături. Prezența în pahar a legăturilor cu diferite concentrații predetermină faptul că sticla este un material cu o rezistență redusă la tracțiune.
Dintre toate proprietățile practice ale solidelor, forța este cea mai importantă. Rezistența mecanică a solidelor cristaline depinde în principal de dislocările [1] și structura [2]. Lipsa studiului structurii sticlei și absența unei teorii a stării sticloase conduc la dificultăți considerabile în interpretarea rezultatelor în investigarea proprietăților mecanice ale sticlei.
În legătură cu imposibilitatea fluxului de plastic în sticlă, chiar și în absența datelor experimentale, rezultă din teorie că sticla trebuie să aibă o rezistență excepțională [5]. Atitudinea față de sticlă ca material cu rezistență redusă sa schimbat [6], chiar dacă se pune întrebarea de a obține ochelari foarte elastici [7]. Conform [4], sticla are o rezistență naturală ridicată, totuși, un număr mare de defecte nu permit obținerea acestei rezistențe.
În ciuda ipotezei de înaltă rezistență până în prezent, conform tehnologiei tradiționale, sticla cu structură de înaltă rezistență nu a fost obținută. În problema rezistenței, se acordă o atenție deosebită determinării rezistenței teoretice a sticlei. În legătură cu incertitudinea structurii, puterea teoretică a fost evaluată prin metode indirecte. Se estimează că rezistența teoretică a sticlei atinge 2500 kg / mm2 [8]. In ciuda enorma putere de sticlă rezistență la tracțiune practică teoretică este mică și se ridică la 5-15 kg / mm 2. nereproductibilitatea rezultate în determinarea rezistenței mecanice a sticlei nu este intamplatoare, ci este o reflectare a condițiilor de producție [9].
Rezistența sticlei este determinată de structura sa, defecte ale probei și, de asemenea, depinde într-o mare măsură de condițiile de testare. Dificultățile în interpretarea rezultatelor studiului de ochelari de rezistență mecanică asociate cu complexitatea fenomenelor care au loc la fractură, care rezultă din interacțiunea unui număr de factori în timpul încărcării probei. În acest sens, întrebarea privind adevărata rezistență a ochelarilor în timpul eșecului, independentă de defectele și condițiile externe, dar determinată mai degrabă de structura materialului, devine importantă. Reprezentările despre procesul de distrugere a solidelor se pot baza numai pe considerația mecanismului atomic al reacției corpului la acțiunea unei forțe externe. Fisurile, neomogenitățile și multe alte defecte ale substanțelor solide ar trebui considerate ca factori secundari care exercită o influență semnificativă și, uneori, decisivă asupra puterii. Acest efect al defectelor asupra puterii unui corp solid maschează natura forței proprii a corpului, determinată de structura sa.
Prima teorie a rezistenței sticlei a fost propusă de A. Griffiths [10]. Pentru a explica procesul de distrugere a sticlei, sa presupus că în sticlă există micro-crăpături. Atunci când specimenele sunt încărcate la vârfurile microfracturilor, există o supratensiune și o rupere ulterioară a legăturilor. Prezența în pahar a celor mai fine fisuri, care se află în întregul volum al eșantionului, Griffiths a explicat discrepanța dintre puterea tehnică și cea teoretică.
Principalul accent în teoria lui Griffiths se referă la prezența microcrafturilor în sticlă înainte de debutul distrugerii. Cu toate acestea, în [11] se presupune că prezența microfragurilor în sticlă înainte de declanșarea fracturii nu este necesară și ele pot apărea spontan. Potrivit [12], microfragurile nu trebuie să fie neapărat o caracteristică integrală a structurii, aspectul lor poate fi pur întâmplătoare.
Studiul electron-microscopic al paharelor de cuarț optic de defecte sub formă de microcărcuri de diferite dimensiuni, a căror prezență a presupus Griffiths, nu a fost găsită [13]. Crăpăturile pot apărea în timpul fabricării mostrei sau în timpul încărcării acesteia, totuși, problema originii microcrădurilor nu a fost încă rezolvată din cauza lipsei de metode fiabile de detectare a acestora [14].
Teoria statistică a rezistenței provine din faptul că există defecte ale sticlei, care sunt distribuite statistic [15, 16]. Rezistența probei este determinată de cel mai periculos defect. La fel ca în teoria lui Griffiths, teoria statistică presupune prezența unor defecte de diferite grade de pericol în eșantioane.
Spre deosebire de ideile pur mecanice despre ruptura unui corp solid în ultimul deceniu, sa dezvoltat conceptul cinetic al distrugerii în stare solidă [11]. Bazele acestui concept sunt așezate în [17, 18] pornind de la ideile mișcării termice a atomilor. Distrugerea unui corp solid este determinată atât de mișcarea termică a atomilor, cât și de eforturile mecanice.
În ciuda unui număr de teorii de rezistență pentru sticla nu este stabilit încă teoria moleculară și diferența nu este găsit încălcări ale naturii elementare de a defini puterea. Luați în considerare puterea sticlei pe baza unor idei despre structura sa. Conform modelului structurii [19], în sticlă există un spectru discret de legături chimice în funcție de puterea lor (fig.1).
Fig.1 Treceri de fază ale topiturilor vitroase într-o stare solidă
în timpul răcirii și formării de sticlă [19].
Fiecare grup structural al legăturilor pe graficul de temperatură versus timp are propria linie liquidus. Cu cât este mai mare temperatura de solidificare a grupului structural, cu atât mai multă energie este necesară pentru ao topi. Prin urmare, grupurile structurale de temperatură ridicată ale unui solid au o rezistență mai mare. Astfel, într-un corp solid există un număr de niveluri de rezistență în structură de la temperaturile maxime ridicate până la cele mai scăzute la temperaturi joase. În funcție de compoziția chimică a sticlei din acesta, frecvența legăturilor discrete poate varia în funcție de puterea lor, iar numărul de legături de aceeași putere poate fi diferit.
În funcție de structura atomilor din structura sticlei și de interacțiunea cu atomii vecini, legătura fiecărei perechi de atomi se caracterizează prin rigiditate și alungire relativă admisă, care determină rezistența legăturii [20]. Perechile atomilor care au aceeași alungire la întindere formează nivelele de rezistență ale legăturii.
Luăm un microbolum izotropic elementar de sticlă fără tensiuni reziduale și aplicăm o mică forță de tracțiune. Să analizăm comportamentul atomilor de sticlă în planul viitor al discontinuității. Fiecare pereche de atomi este energizată # 963; = P / n. unde P - forța de acțiune, n - numărul de atomi din secțiunea transversală a volumului micro. Pe măsură ce forța de tracțiune P crește, tensiunea pe legăturile chimice crește. Dacă există n niveluri în paharul unei compoziții chimice date, atunci n = n 1 + n 2 + ... + n m. unde n 1 + n 2 + ... + n m este numărul de legături din fiecare nivel. Pentru fiecare nivel, tensiunile de rupere admise vor fi: # 963; # 963; ... # 963; m. Sticla este un corp solid, absolut elastic, iar deformările plastice în el sunt imposibile în legătură cu diferența de natură a legăturilor chimice învecinate [19, 21].
Cu o creștere statică a forței care acționează asupra microvolumului, cu atingerea tensiunilor de întindere în secțiunea transversală a eșantionului în toate legăturile până la # 963; legături chimice n 1. având solicitări de întindere admisibile # 963; va izbucni. Conform atomilor lor de constituire cu legături rupte sunt într-o stare disociata și sunt în fază vâscoasă corp solid elastic [22] .Telo devine viscoelastic, nu este responsabil pentru rezistența fazei solide elastice.
Cu pauza dintre verigile slabe n 1 este activă în prezent pe microvolumes de sticlă forța P imediat redistribuit conexiunea rămasă n - n 1 și pentru fiecare dintre ele într-un proces cvasistatic este o forță P / (n - n 1). Cu toate acestea, la momentul ruperii dintre cele mai slabe verigi n1 la sarcina instantanee este aplicată, care realizează legăturile rupte cu restul treburilor, apare componenta forță dinamică atribuită decuplării n 1. Puterea adăugată totală asupra conexiunilor rămase în vederea componentei dinamice este de două ori puterea , care se încadrează în ruptura celor mai slabe legături [20].
Atunci când cele mai slabe legături sunt rupte, sistemul reacționează imediat la acest fapt. Ruperea legăturilor într-un sistem în echilibru duce la o schimbare în locația atomilor rămași - sistemul este deformat pentru a menține stabilitatea. Creșterea suplimentară a tensiunii la solicitări # 2 pe conexiune duce la o ruptură a următorului nivel de legături n 2 și așa mai departe, până la o ruptură completă a corpului. Astfel, pe măsură ce crește sarcina, are loc o serie de deconectări cu tensiuni de rupere admise mai mici decât cele generate de forța de acțiune și componenta inerțială a legăturilor rupte. Sarcina este redistribuită instantaneu la legăturile rămase.
Să analizăm ce constituie un act elementar de rupere a unei legături chimice. Când se aplică o sarcină de tracțiune, are loc o disociere a legăturilor slabe cu o alungire mică admisibilă. Sarcina după spargerea legăturilor slabe poartă legături puternice cu alungirile maxime admise. Ruperea diferitelor legături chimice este bine demonstrată de modelul mecanic, atunci când legăturile unui grup după altul sunt rupte succesiv. Este necesar să luați n fire de diferite lungimi și să le conectați capăturile opuse la noduri și apoi să le întindeți. Să presupunem că fiecare fir se rupe sub sarcina P. atunci un astfel de sistem nu va fi distrus de forța Pn. ci prin forța P.
Dacă o probă de sticlă nu este adusă la distrugere, atunci după îndepărtarea încărcăturii, se asociază legături chimice disociate. Microfracturile locale, ca rezultat al disocierii legăturilor slabe, se formează numai într-un pahar încărcat cu forță de tracțiune.
Înainte și după încărcare, nu există micro-rupturi în sticlă. Se clarifică de ce fisurile Griffiths nu au fost detectate experimental în eșantioane de sticlă necomprimate. Pentru a distruge eșantionul, micro-rupturile locale de obligațiuni slabe nu au o valoare semnificativă. Rezistența sticlei nu este determinată de suma forțelor tuturor legăturilor chimice din planul ruperii și nu de microfracturile structurale, ci de puterea celor mai puternice legături.
Stabilitatea specimenului sub acțiunea forței de tracțiune P este păstrată când P < # 963; # 943; (n - n # 943;), adică există un anumit nivel de tensiuni specifice în organism # 963; # 943; a cărui produs prin numărul de obligațiuni neîntrerupte depășește forța acționând P. Dacă P> # 963; # 943; (n - n # 943;), următorul nivel de legături în organism este distrus. Așa cum sa arătat mai sus, componenta dinamică a forței P de rupere a legăturilor atomice Nivelul # 943 introduce o creștere suplimentară a tensiunilor de tracțiune care afectează legăturile rămase. Prin urmare, în conformitate cu constituția sa, sticla este un material cu rezistență redusă, în ciuda imposibilității dezvoltării în ea a dislocărilor.
spargerea geamului proces este un serial legături chimice pauză grupe structurale în funcție de puterea lor. După ruperea cea mai slabă sarcină link-uri este redistribuit la link-urile rămase. Deși eșantion vizual păstrează o zonă deschisă, încărcați atunci când nivelul de stres, care poate distruge cele mai slabe link-uri de transfer de avalanșă se produce în mod dinamic componentă de forță pentru a sparge acest nivel de link-uri către alte comunicări. După numărul de ordine al relațiilor niveluri de pauză în puterea lor asupra apariției unui obligațiuni de suprasarcină rămas intacte chiar și la un moment dat în timp, există o clipă exploziv de distrugere a acestora. Mecanismul de distrugere a sticlei legături chimice predetermină rezistenței reduse la tracțiune.
1. Teoria discontinuității unui corp rigid, absolut elastic, este dezvoltată direct din mecanismul ruperii legăturilor chimice.
2. Distribuția discretă a legăturilor chimice în sticlă prin puterea lor determină rezistența la tracțiune.
3. Mecanismul fracturii de sticlă sub tensiune este ruptura succesivă a legăturilor chimice prin puterea lor în cazul unei creșteri de tip avalanșă a solicitărilor asupra legăturilor care nu au fost încă rupte.
4. Rezistența sticlei nu este determinată de suma punctelor forte ale tuturor legăturilor chimice din secțiunea rupturii și nu de microfracturile structurale, ci de puterea celor mai puternice legături.
5. În eșantionul de sticlă descărcată nu există microfracturi structurale. Ele apar la solicitări de tracțiune ca urmare a disocierii atomilor de legături slabe. Reducerea stresului duce la asocierea unor legături slabe.
6. Prezența în pahar a unor legături cu diferite rezistențe predetermină faptul că sticla este un material cu o rezistență redusă la tracțiune.
7. vrac scăzut rezistență la rupere de sticlă, cu mai mult de două ordine de mărime mai jos teoretic sugerează că baza pentru construirea teoriei sticlă de înaltă rezistență pus concepții greșite despre sticlă ca substanță amorfă.
8. Teoria structurii ca sticla policristaline solid perfect elastic cu grupe structurale de compoziție nedefinită și rezistența lor mecanică diferită explică cu succes rezistența scăzută la tracțiune de sticlă în vrac.
1. C. Huert, R. Thomson. Fizica solidului, 142. Mir, M. 1969.
2. GM Bartenev. Ochelari anorganici foarte puternici și cu rezistență ridicată, 240. Stroyizdat, M. 1974.
3. IAGoguslavsky. Sticlă securizată de înaltă rezistență, 151. Stroiizdat, M. 1969.
4. VPPuh. Forța și distrugerea sticlei, 155. Science, L. 1973.
5. WB Hilling. În carte. Rezistența sticlei, 68. Mir, M. 1969.
6. FF Whitman, AA Bershtein, VPPuh. În colecție. Rezistența sticlei, 7. Mir, M. 1969.
7. Un Lazarev. În carte. Transformări structurale în sticle la temperaturi ridicate, 233. Nauka, M.-L. 1965.
8. I. Naray-Sabo. În colecție. O stare sticloasă, 74. Science, M.-L. 1965.
9. SM Brekhovskikh, VM Kulakov. În carte. Proprietățile mecanice și termice și structura ochelarilor anorganici, 36. VNIIESM. M. 1972.
10. A.A. Griffith. Fil. Trans. Roy. Soc. 163. ser. A, vol. 221, Nr. 587, 1920.
11. SN Zhurkov. Sărurile anorganice. Materiale, 3, Nr. 10, 1767, 1967.
12. F. Ernsberger. În carte. Puterea sticlei, 33. Mir, M. 1969.
13. F.K. Aleinikov. DAN USSR, 156, 154, 1964.
14. P. Ya.Bokin. Proprietăți mecanice ale paharelor silicate, 180. Nauka, L. 1970.
15. T. A. Kontorova, Ya.I. Frenkel. ZhTF, 11, 173, 1941.
16. B.B.Chechulin. ZhTF, 24, 292, 1954.
17. SN Zhurkov, BN Narzullaev. ZhTF, 23, 1677, 1953.
18. SN Zhurkov. Moskov. AN SSSR, 11, 78, 1957.
Trimiteți-le prietenilor: