- •Глава 1. (введение). “кризис” кинетической теории. Необходимое изменение традиционной молекулярной модели. История и состояние вопроса
- •Глава 2. Компьютерное моделирование затвердевания. Отсутствие затвердевания в традиционной модели. Характер эффектов, стабилизирующих структуру
- •Глава 3. Квазикристаллические свойства жидкостей.
- •1.1.1. В традиционной модели нет затвердевания
- •1.1.3. Затвердевание как следствие нарастания атомарных квантовых эффектов
- •1.1.5. История вопроса об отсутствии затвердевания
- •1.1.6. Соотношение теории и опыта. Психологические аспекты
- •1.1.7. Общая физическая причина обсуждаемых дискуссий
- •1.1.8. Квазикристаллические свойства жидкости
- •1.2. Феноменологическое описание свойств жидкости и твердого тела, представление о их противоположности.
- •1.2.1. Прочность и дальний порядок
- •1.2.2. Формирование традиционной молекулярной модели жидкости и затвердевания
- •1.2.3. Успехи кинетической теории на основе традиционной модели
- •1.2.4. Современный вид традиционной модели
- •1.2.5. Аналитические оценки кинетических свойств
- •1.2.6.Выявление неадекватности модели. Анализ прочности на атомарном уровне
- •1.2.7.Структурный подход к плавлению
- •1.2.8. Энергии активации
- •1.2.9. Нарастание трудностей в истолковании фазовых переходов
- •1.2.10. Признаки застоя в молекулярной теории кинетических свойств
- •1.3. Заключение
- •1.3.1. Мировоззренческий характер традиционных взглядов. Влияние философии
- •Традиционная модель и философия
- •Традиционная модель и философия
- •Кризисы в разных областях исследования
- •1.3.2. О химической форме движения материи
- •1.3.3. Ориентировочные оценки и строгие методы. Математизация исследований
- •1.3.4.Математизация исследований. Вытеснение
- •1.3.5. Приближённые оценки
- •1.4. Заключение к главе 1
- •Глава 2. Компьютерное моделирование затвердевания. Характер эффектов, стабилизирующих структуру
- •2.1 Прямое моделирование процессов переноса. Отсутствие затвердевания в традиционной модели
- •2.1.1.Затвердевание как скачок кинетических свойств
- •2.1.2. Прямое компьютерное моделирование вязкого или пластического течения и ионного электропереноса
- •2.1.3. Течение в модели при температурах около абсолютного нуля
- •2.1.4. Релаксация механических напряжений. Деформация постоянной силой
- •2.2. Обсуждение результатов моделирования
- •2.2.1.Температурная зависимость кинетических свойств
- •2.2.2. Влияние вида парного потенциала
- •2.2.3. Молекулярный механизм пластической деформации или вязкого течения
- •2.2.4. Молекулярный механизм течения около абсолютного нуля
- •2.3. Кристаллизация. Устойчивость
- •2.3.1. Моделирование кристаллизации
- •2.3.2. Устойчивость решеток и сеток
- •2.3.3. Определение мягких мод в компьютерном эксперименте
- •2.4. Состояние вопроса об отсутствии затвердевания
- •2.4.1. Литературные данные
- •2.4.2. Расхождение традиционной модели с действительностью по дальнему порядку и размытости фазовых переходов
- •2.5. Затвердевание как переход в квантовую область. Подбор потенциала для стабилизирующих структуру эффектов
- •2.5.1. Затвердевание приходится на температуры перехода из классической области в квантовую
- •2.5.2. Подобие затвердевания и перехода к сверхтекучести
- •2.5.3. Диаграммы состояния других веществ в области около абсолютного нуля
- •2.5.4. Подбор поправки к потенциалу для выражения эффектов, стабилизирующих структуру
- •2.5.5. Влияние направленности и ковалентности связи
- •2.5.6. Другие свойства твердых тел, не объясняющиеся в рамках традиционной модели
- •2.6. Заключение к гЛаве 2. Состояние вопроса
- •Глава 3. Квазикристалличекие свойства жидкостей
- •3.1. Традиционная модель и квазикристаллические свойства. Состояние вопроса
- •3.1.1. Введение
- •3.2. Модуль сдвига и предел прочности жидкости
- •3.2.1. Экспериментальная часть
- •3.2.2. Обсуждение результатов. Состояние вопроса
- •3.2.3. Последействие
- •3.3. Особенности на политермах и структурные перестройки в жидкости
- •3.3.1. Превращение в жидком железе около 1640 oС
- •3.3.2. Превращения в силикатных расплавах
- •3.3.3. Политермы вязкости воды
- •3.3.4. Дифференциальные координаты
- •3.4. О дальнем порядке в жидкости
- •3.4.1. Экспериментальные данные
- •3.4.2. Огранка
- •3.4.3. Сопоставление с традиционным подходом. Состояние вопроса
- •3.5. Осцилляции
- •3. 6. Квазикристаллические свойства жидкости и генерация турбулентных пульсаций в гидродинамическом потоке. Состояние вопроса
- •3.6.1. Введение
- •3.6.2. История вопроса (по работам [12, 53, 133, 134])
- •3.6.3. Механизм генерации пульсаций в потоке при твердоподобном сопротивлении течению
- •3.6.4. Сопоставление с известными примерами генерации колебаний.
- •3.6.5. Концентрация течения в отдельных плоскостях
- •3.6.6. Образование вихрей
- •3.6.7. Объемная и поверхностная турбулизация
- •3.6.8. Резюме к параграфу 3.6
- •Глава 4. Зернистая, или блоковая, структура реальной жидкости
- •4.1. Блоки и размытость фазовых переходов
- •4.1.1. Температурный интервал размытия т переходов
- •4.1.2. Экспериментальные данные [28, 30]
- •4.1.3. Оценка величины "кванта превращения" при других переходах
- •4.1.4. Размытость "концентрационных фазовых переходов"
- •4.1.5. "Надмолекулярный" характер соединений в твердом теле
- •4.1.6. Устойчивость соединений. Выделение химического и структурного слагаемых в энергии взаимодействия
- •4.2. Неоднородность течения реальной жидкости. Зернистая структура и соотношение коэффициентов вязкости и диффузии
- •4.2.1. Неоднородность течения
- •4.2.2. Оценка размеров "блоков течения" в жидкости
- •4.3. Наследование зернистой структуры при плавлении и кристаллизации
- •4.3.1."Наследственность"
- •4.3.2. Потоковая обработка
- •4.3.3. Термовременная обработка жидкого металла (тво) [24, 25]
- •4.3.4. Зародышеобразование и кинетика кристаллизации
- •4.3.5. Микронеоднородность эвтектических расплавов
- •4.3.6. Влияние слабых полей. Ультразвуковая обработка
- •4.3.7. Жидкий кристалл
- •4.3.8. Зависимость свойств поликристалла от размера зерна. Сверхпластичность. Дисперсионное упрочнение
- •4.4.9. Микрокристаллитная и коллоидная модель стекла
- •4.3.10. Состояние вопроса
- •4.4. Заключение к главе 4
- •Глава 5. Структурные дальнодействия и поверхностные явления
- •5.1. Дальнодействия в пленках и коллоидах
- •5.1.1. Дальнодействия в модели
- •5.1.2. Опытные данные по пленкам
- •5.1.3. Вязкие коллоиды и гели
- •5.1.4. Обсуждение опытных данных. Состояние вопроса
- •5.2. Дальнодействия в твердом состоянии
- •5.2.1. Масштабный фактор прочности
- •5.2.3. Дисперсионное упрочнение
- •5.2.4. О морфологии включений, фаз эвтектики, растущих кристаллов
- •5.2.5. Эффект ребиндера
- •5.2.6. Ориентирующие взаимодействия кристаллов
- •5.3. Выделение вклада дальнодействий в поверхностном натяжении
- •5.3.1. Дальнодействия, толстые пленки и их вклад в поверхностное натяжение
- •5.3.2. Термодинамические функции взаимодействия
- •5.3.3. Энтропия взаимодействия и оценки плотности упаковки, степени квантовости
- •5.3.4. Модель разорванных связей
- •5. 3. 5. Электронные теории поверхностного натяжения
- •5. 3. 6. Уточнение формулы для поверхностного натяжения чистых жидкостей
- •5.3.7.Поверхностное натяжение растворов
- •5.3.8.Аномально высокая поверхностная активность
- •5.3.9. Межфазное натяжение
- •5.3.10.Выделение вклада структурных дальнодействий и толстых пленок в поверхностное натяжение. Граница кристалл-жидкость в однокомпонентной системе
- •5.3.11. Граница кристалл-газ. Межзеренные границы
- •5.3.12. Зависимость температуры кристаллизации от размера капельки
- •5.3.13. Решетка и огранка малых частиц
- •5.4. Спекание и смачивание. Роль структурных дальнодействий и толстых пленок
- •5.4.1. Кинетический акт в традиционной модели
- •5.4.2. Кинетический акт спекания и смачивания в предлагаемой модели. Трение
- •5.4.3. Опытные данные по скорости самого акта спекания (кинетического звена)
- •5.4.4. Кинетическое сопротивление растеканию
- •5.4.5. Транспортное сопротивление спеканию и смачиванию.
- •5.5. Поверхностные свойства и дальнодействующие структурные
- •Глава 6. Корреляция параметров затвердевания и стабильности структуры с приведенной температурой и с мерой квантовости.
- •6.2.Превращения в начале и конце интервала затвердевания.
- •6.2.1. Начало интервала затвердевания или переход от состояния простой жидкости к состоянию реальной (затвердевающей) жидкости.
- •6.2.2. Конец интервала затвердевания.
- •6.2.3. "Точка стеклования" кристаллических веществ.
- •6.3.Общая сxема изменения кинетических свойств.
- •6.3.1. Общая схема изменения кинетических свойств при стекловании и кристаллизации.
- •6.3.2. Общий вид и истолкование политерм вязкости. Состояние вопроса.
- •6.3.3. Описание затвердевания в терминах вязкости и прочности. O качественном различии жидкости и твердого тела.
- •6.3.4. Тепловой эффект, сопровождающий повышение вязкости.
- •6.3.5. Химические классы жидкостей и стадии затвердевания.
- •6.4. Влияние атомарных квантовых эффектов.
- •6.4.1. Затвердевание и “степень квантовости”.
- •6. 4. 2. Влияние квантового параметра на tемпературу плавления.
- •6.5. Аналогичные закономерности для скорости химических реакций.
- •6.5.1. Подобие закономерностей для стабильности межмолекулярной и внутримолекулярной структуры. Постановка вопроса.
- •6.5.2. Зависимость стабильности внутримолекулярной структуры и “степени молекулярности” от квантового параметра.
- •6.5.3. Переходы от молекулярной формы к атомарной. Стёкла как промежуточные состояния.
- •6.5.4.Размягчение внутримолекулярной структуры при нагреве. Температурная зависимость энергий активации химических реакций.
- •6.5.5.Другие закономерности. Усреднение степени молекулярности компонентов раствора и катализ.
- •6.5.6. Перераспределение суммарной стабильности между внутри- и межмолекулярной структурой.
- •6.5.7. Перераспределение жесткости структуры и термодинамические характеристики плавления молекулярных веществ.
- •6.5.8.Простая атомарная многокомпонентная жидкость.
- •6.6. Заключение. Состояние вопроса.
- •6.6.1. Основные результаты.
- •7. Резюме.
- •Часть 2. - м.: Металлургиздат, 1966, 720 с.
5.2.5. Эффект ребиндера
Как известно, тонкие нити, проволочки, усы толщиною в несколь ко микрон имеют прочность примерно на один-три порядка величины больше, по сравнению с массивными поликристаллическими образцами. Это - масштабный фактор прочности. Поверхностные искажения дальнодействующего поля Fст приводят, согласно предлагаемой модели, к упрочнению околоповерхностных слоёв каждого образца на глубину b L 10 мкм примерно в (101 -103) раз. Тонкие нити или усы почти полностью состоят из таких упрочнённых околоповерхностных слоёв.
Рассмотрим тонкую нить или ус, например, цинка; мысленно перенесем его внутрь массивного образца цинка. Если произойдёт полное соединение металла нити и среды, то её поверхность полностью исчезнет и упрочнение околоповерхностных слоёв будет полностью снято; прочность нити уменьшится, например, в 100 раз. Если между нитью и средой сохранится поверхность типа межзёренной, то исходное упрочнение нити многократно уменьшится, но сохранится его часть, соответствующая упрочнению мелкозернистой структуры. Если рассматриваемую нить поместить в объём другого металла, например , олова или ртути, то сохранится часть исходного упрочнения, соответствующая дисперсионному упрочнению включениями другой фазы или межфазными поверхностями раздела. Так как эти поверхности упрочняют материал значительно слабее, чем границы металл-газ, то в результате перенесения нити в объём другого металла (особенно химически близкого) также произойдёт многократное уменьшение её прочности.
Мы получили, очевидно, объяснение эффекта Ребиндера: нить цинка многократно уменьшает прочность, если её поместить в ртуть или какой-то её участок смочить ртутью. В этом плане эффект Ребиндера - это снятие упрочнения поверхностями металл - газ, снятие масштабного фактора прочности при перенесении образца в жидкость, особенно в химически близкую среду, или же в результате смачивания этой жидкостью.
Отметим, что снятие 100 - кратного упрочнения в слое толщиной 10 мкм даёт такое же уменьшение прочности, как удаление слоя объёмного (не поверхностного) материала толщиной 10*100=1000 мкм = 1 мм. Если на пластинку алюминия или цинка посадить капельку ртути, то это эквивалентно появлению трещины глубиной 1 мм или выточки на глубину 1 мм на участке, занятом каплей. Нанесение капельки или смачивающей полоски эквивалентно значительному местному ослаблению материала.
Эффект Ребиндера часто демонстрируют на пластинках алюминиевого сплава толщиной ~2 мм; пластинка сгибается без разрушения, но при нанесении капельки ртути наступает хрупкий излом [175]. Трещина или выточка глубиной 1 мм в зоне сгиба на пластинке толщиной 2 мм дали бы, очевидно, примерно такой же результат. На более толстых пластинках эффект часто незаметен. Другой объект, на котором ярко проявляется эффект, - цинковые цилиндрики диаметром 1 мм; они многократно растягиваются при чистой поверхности, но хрупко разрушаются почти без удлинения, если нанести капельку ртути. Если внешние слои цилиндрика толщиной 10 мкм 100-кратно упрочнены, то на них приходится 80% общей прочности образца; смачивание и снятие этого упрочнения эквивалентно местному ослаблению образца в смоченной области примерно в 5 раз. Хрупкое разрушение в этом случае вполне понятно.
Для значительного изменения поля Fст около поверхности при потенциале (2.1) требуется не адсорбционный монослой, а, как минимум, более толстая микронная плёнка. Эффект Ребиндера отражает, видимо, понижение прочности толстыми (b 1 мкм) пленками смачивающей жидкости, но не адсорбционными монослоями.
Возможно понижение прочности не только под действием пленки жидкости, но и под действием твердого покрытия. Известно, например, что сталь может разрушаться небольшими усилиями, и даже самопроизвольно, в точках припекания к ней мягкого свинца [118]. Можно ожидать большое понижение прочности металла при смачивании собственным расплавом, в который добавлены примеси, понижающие температуру плавления.
Интересно было бы рассмотреть с этих позиций весь богатый материал, накопленный по эффекту Ребиндера.
Сейчас распространённое истолкование этого эффекта состоит в том, что смачивающая деформируемый металл жидкость затекает в зародышевые поверхностные трещины и способствует их распространению, понижая поверхностное натяжение металла и создавая расклинивающее давление. Ряд авторов выполнили компьютерные эксперименты по моделированию таких процессов; в главе 2 приведены аналогичные наши компьютерные эксперименты. Результаты моделирования фактически явно опровергают замысел: вместо хрупкого разрушения получается глубокое растяжение, нередко превышающее удлинение самых пластичных металлов; вместо механических свойств хрупкого твёрдого тела получается вязкость (=/) простой жидкости; вместо увеличения хрупкости смачивающая жидкость скорее увеличивает удлинение деформируемого металла и др. Такие результаты могут восприниматься как подтверждение эффекта Ребиндера, видимо, лишь в условиях "упрямой и бескомпромиссной", глубокой общей веры в то, что все наблюдаемые процессы соответствуют традиционной молекулярной модели вещества. Чтобы действительно получить подобные явления в модели, необходимы дальнодействия с радиусом порядка коллоидного параметра.