10.6. Схемы циклов измельчения

1.Открытый цикл

2.Открытый цикл с предварительной классификацией

3.Замкнутый цикл

11. Элементы физики твёрдого тела. Теоретическая и истинная прочность материала.

11.1. Дефекты реальных композиционных материалов: дефекты в кристаллах (одномерные и двумерные)

Дефекты бывают:

1.точечные (нульмерные)

- энергетические (фантомные) – временные искажения регулярности решетки кристалла вызванные тепловым движением или воздействием различных радиаций (светового, ренгенного и др излучений)

- электронные – относят избыток или недостаток электронов или дырок и разные дефекты, состоящие из электронов и дырок связанных кулоновскими силами

- атомные – бывают 3х видов: проявляются в виде вакантных узлов (дефекты Шоттки), в виде междоузельных (дефекты Френкеля), в виде внедрения в решетку чужеродного атома или иона (примеси)

2.одномерные (линейные)- дислокация геометрическое разрушение строения кристалла, возникшее в процессе роста кристалла или его последующей деформации. Постоянными случаями дислокации являются: краевая и винтовая. Краевая возникает тогда, когда один из атомных плоскостей обрывается в нутрии кристалла. Винтовая дислокация возникает тогда, когда атомные плоскости так смещаются, что одна переходит в другую образуя винтовую поверхность. Область наибольшего искажения называется ядром дислокации. Любая конкретная дислокация может быть представлена как сочетание этих двух.

3.двумерные (плоскостные деформации) – откос границ между зернами кристалла, ряды линейных дислокаций, сама поверхность может рассматриваться как двумерный дефект.

11.2. Теория Гриффитса разрушение твердых тел.

Микротрещины Гриффитса.

Истинная прочность реальных материалов на 3 порядка ниже теоретической. Такое большое снижение прочности нельзя объяснить ни наличием различных дефектов кристаллической решетки, не изменением рабочей площади поверхности сечения образца за счет объемных дефектов пор, т.к. при ослаблении прочности допускается, что снижение в тысячу раз пор должны были бы 99,5% площади поперечного сечения образца. Гриффитс показал что разница между теоретической и действительной прочностью твердых тел является следствие наличия в них микротрещин вызванных в них концентрации напряжения, если она такова что достигает теоретической прочности у вершины наиболее опасной трещины. По происходящим катастрофически со скоростью равной скорости звука идет развитие трещины и образец разрушается. Предположим, что средняя прочность в этот момент соответствует критическому напряжению, коэффициент концентрации в вершине микротрещин определяется, как отношение напряжения перенапряжение у её вершины к среднему напряжению. Этот коэффициент не является константой материала а зависит от формы, размеров и ориентации микротрещин по отношению к направлению растяжения. Разные образцы имеют разные по размерам микротрещины.

Гриффитсом была получена формула для определения критического напряжения:

- свободная поверхностная энергия

− модуль Юнга

- глубина начальной краевой микротрещены

При обосновании формулы для расчета критического напряжения Гриффитс указал на 2 условия:

1) рост трещины должен быть энергетически выгодным процессом, т.е. уменьшение упругой энергии в образце за счет нагрузки материала во круг растущей трещины должен быть равен или больше увеличения поверхностной энергии.

2) должен работать молекулярный механизм с помощью которого осуществляется преобразование энергии т.е. накапливаемая при деформации энергия должна быть высвобождена по мере роста трещины и образования новой поверхности.

Дальнейшее развитие теории Гриффитса шло в направлении уточнения фактического возникновения и развития микротрещины, как основной причины объясняющей начало разрушения материала. Этих причин может быть несколько. Основные:

1.механическое повреждение поверхности в процессе технологического получения готового материала.

2.различие коэффициентов термических расширений отдельных фаз поликристаллического материала.

3.Химическая коррозия поверхности.

4.Влияние дислокации в процессе пластической деформации.

Таким образом первоначальные механические повреждения различных поверхностей, различных коэффициентов термического расширения и прочие являются причинами наличия трещины, что приводит к снижению её прочности материала и уменьшению усилий для его измельчения.