1.2. Фізико-хімічна механіка як наукова дисципліна, її задачі

Фізико-хімічна механіка (ФХМ) – наукова дисципліна, що сформувалася на стику молекулярної фізики (фізика твердого тіла), механіки матеріалів і фізичної хімії (фізико-хімія поверхневих явищ і дисперсних систем).

Фізико-хімічна механіка композиційних будівельних матеріалів (КБМ) – це галузь знання, яка вивчає фізико-хімічні фактори, що визначають механічні властивості КБМ і їх структуру, і розроблює шляхи і методи використання цих факторів для керування механічними властивостями КБМ, а також процесами одержання КБМ із заданою структурою і необхідними властивостями.

Розв’язання цієї задачі повинно привести до підвищення міцності і стійкості матеріалів у різноманітних умовах їх служби, а також до полегшення, прискорення і поліпшення процесів механічної обробки різних твердих тіл тиском, різанням і здрібнюванням за допомогою спільного використання як фізичних (температури), хімічних, так і механічних факторів. Для розв’язання основної задачі ФХМ необхідна розробка двох проблем:

• вивчення фізико-хімічних закономірностей і механізму деформаційних процесів руйнування твердого тіла залежно від його складу і структури, впливу температури і зовнішнього середовища;

• вивчення процесів структуроутворення, а саме: розвиток просторових структур, що утворюють тверде тіло з заданими механічними властивостями; вивчення кінетики цих закономірностей.

Перша проблема пов'язана з розвитком теорії різного роду процесів обробки твердих тіл – тиском, різанням, а також подрібненням і тонким помелом.

Друга проблема зв'язана з теорією утворення нових дисперсних фаз з первісного рідкого середовища – переохолодженого розплаву, пересиченого розчину або шляхом спресовування і спікання спочатку не зв'язаних між собою твердих частинок порошку.

Фізико-хімічна механіка вивчає двох- або багатофазові системи, у яких хоча б одна з фаз знаходиться у високодисперсному стані. Властивості таких систем визначаються великою питомою поверхнею, молекулярними силами, що нескомпенсовані в поверхневих міжфазних шарах, а також характеристиками і будівлею цих шарів.

Загальна властивість дисперсних систем, особливо високодисперсних і висококонцентрованих, полягає в тому, що одні тільки механічні впливи самі по собі звичайно недостатньо ефективні для оптимального проведення процесів формування й обробки дисперсних систем і матеріалів, для надання їм потрібної структури і забезпечення необхідних механічних властивостей. Найважливішу роль грають у цих процесах поверхневі фізико-хімічні явища, від яких залежить взаємодія часток дисперсних фаз між собою і з навколишнім середовищем, і в остаточному підсумку – зчеплення часток. Це і визначає головну ідею ФХМ про керування структурою і механічними властивостями дисперсних систем і матеріалів шляхом оптимального сполучення механічних впливів (особливо періодичних вібраційних та імпульсних) і фізико-хімічних процесів на поверхні розподілу фаз (адсорбція, адгезія, змочування, електрохімічні процеси). Регулювання поверхневих явищ і процесів за допомогою методів колоїдної хімії, і, у першу чергу, за допомогою ПАР, дозволяє широко варіювати (послабляти або посилювати) зчеплення між частками дисперсних фаз і регулювати тим самим у бажаному напрямку механічні властивості дисперсних систем і матеріалів.

Таким чином, основна мета ФХМ – установлення закономірностей одержання (синтезу) різних твердих тіл із заданими механічними властивостями; інтенсифікація фізико-хімічних процесів у дисперсних системах; ефективне керування процесами їх утворення і руйнування.

ФХМ вивчає залежність структури і механічних властивостей дисперсних систем, твердих тіл і матеріалів від фізико-хімічних процесів, що діються як в об’ємі, так і особливо на поверхні розподілу фаз.

Широта об'єктів і задач фізико-хімічної механіки обумовлена тим, що переважна більшість тіл у природі і техніці являють собою саме дисперсні системи, тобто є мікронеоднорідними (мікрогетерогенними) тілами і складаються з часток, що більш-менш міцно зв'язані.