Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
шпаргалка по физике твердого тела.doc
Скачиваний:
91
Добавлен:
06.02.2016
Размер:
6.76 Mб
Скачать

3.7 Ползучесть керамики

Ползучестью называется явление, когда пластически деформируется материал, находящийся под определёнными напряжениями, причём скорость деформации растёт во времени (крип твёрдого тела).

Различают ползучести:

– по Виртману – она обусловлена движением дислокаций и не зависит от размера зёрен в поликристаллических материалах:

где – коэффициент ползучести;

–напряжение;

–плотность дислокаций;

–модуль сдвига;

– по Набборо (диффузионная) – обусловлена диффузией атомов и ионов внутри зёрен материала; реализуется в основном в крупнокристаллических веществах:

где d – размер зерна;

z – объём, переносимый одной частицей;

– по Кобле – реализуется в керамике с малым размером зерна; обусловлена диффузионными процессами на границах зёрен:

где – толщина границ зёрен.

При росте температуры ползучесть также осуществляется за счёт скольжения частиц по границам зёрен, особенно это проявляется при наличии в веществе стеклообразной фазы. С повышением температуры вязкость этой фазы уменьшается, и перемещение зёрен друг относительно друга увеличивается. Скорость деформации при этом прямо пропорциональна d – размер частиц.

3.8 Твёрдость керамики

Первая шкала твёрдости – шкала Мооса: тальк – 1, алмаз – 10; более твёрдый материал оставит царапину на менее твёрдом. Царапина означает, что поверхность одного тела подвергается пластической деформации, то есть в этом случае показатель твёрдости служит ориентиром сопротивления материала пластической деформации.

В зависимости от индентора (индентор вдавливается в исследуемый материал с некоторой постоянной силой) различают твёрдость:

– по Брюннелю:

– по Виккерсу:

– по Кнуппу:

Зависимость между твёрдостью по Моосу и Виккерсу такая:

где – для металлов;

–для керамики.

Керамика плохо подвергается деформации, но во многих случаях разрушается в пределах упругости. Причиной разрушения является не только деформация, но и трещины, которые являются причиной локального разрушения.

Существует зависимость между твёрдостью керамики и её прочностью.

,

–для керамики;

–для металлов.

3.9 Временная прочность твердых тел

Теория временной прочности (долговечности твердых тел) разработана Журковым и Бартеневым:

,

где u0 - теплота сублимации для металла,

γ – эмпирия;

τ – время колебания атома.

4 Электронное состояние в твердых телах

4.1 Понятие об энергетической зоне

По сравнению с изолированными атомами, в атомах составляющих кристаллическую решетку, наблюдается ряд эмпирических явлений, наиболее существенным является расщепление энергетических уровней свободных атомов в непрерывные энергетические потоки. В изолированных атомах электроны находятся в поле, полному их энергии в пределах их подуровня равна.

В кристалле атом испытывает несимметричное воздействие соседних атомов, вследствие чего сжимается, электронные уровни отдельных атомов объединяются и образуются непрерывные энергетические полосы. Последние, в основном, образуются за счет внешних электронов.

E s, p

d, f

r0 r

r0 – установленное состояние твердого тела в кристаллах,

r – расстояние между атомами в кристаллах.

E E

ΔE r ΔE

В изолированных атомах волновой реакции не перекрываются. Для перехода электрона от одного атома к другому, необходимо преодолеть барьер ΔE. При сближении атомов при образовании твердого тела расстояние уменьшается, волновые реакции перекрываются, величина потенциального барьера уменьшается и внешние электроны приобретают способность перемещаться от атома к атому, т.е. происходит обобществление внешних электронов, следовательно передвижение электронов. Они приобретают дополнительную кинетическую (трансляционную) энергию, а также трансляционный импульс.