Енергетичнi характеристики поверхневих шарiв i фiзико-механiчнi властивостi твердих тiл

Дослiджено змiну поверхневої енергії при вдавлюваннi iндентора в електропровiдний зразок (пiвпростiр). Встановлено, що в областi пружних деформацiй робота деформування поверхневого шару за величиною на 7-8 порядкiв менша аналогiчної величини в об’ємнiй частинi тiла.

Розроблено методику розрахунку поверхневих та мiжфазних натягiв ss, sм, енергiй Ws, Wм, з допомогою яких вдосконалено вiдомi критерiї мiцностi (зокрема, Камдара-Вествуда, Полiлова, Конторової-Френкеля), приймаючи до уваги новi енергетичнi характеристики поверхневих шарiв тiл, які на відміну від поверхневої, міжфазної та ефективної поверхневої енергій є постійними для широкого діапазону зміни розмірів зразків і з їх допомогою можна достатньо ефективно прогнозувати граничні значення термодинаміч-них параметрів стану в межах цього діапазону. Проаналізовано критерiй мiцностi для радiацiйно опромiнених тiл (зразкiв металу).

У третьому роздiлi дослiджено вплив електричних розподiлiв i насичення домішкою на поверхневий ss та мiжфазний sм натяги i енергiї Ws, Wм твердих тіл у квазiстатичнiй постановцi, з врахуванням електричних зарядів частинок домiшок, нагріву, вiдпалу радiацiйних дефектiв, впливу радiацiйного випромiнювання на стан термопар та відхилення їх показiв.

Для мiжфазного натягу sм i границi мiцностi sс на стиск системи двох тонких контактуючих (приварених одна до iншої) мембран (їм вiдповiдають iндекси “+”, “-” i вiдповiдно границi мiцностi iзольованих мембран sс+, sс- у повiтрi), виготовлених iз сплавiв залiза, встановлено аналiтичне спiввiдношення (при зФо+ з < зФо- з) :

 

sc = (sc+ + sc-) • (F+/F-) /2, (F+/F- <1)  (29)

 

де F+, F- – модифіковані потенціали (МХПЕП) кожного матеріалу.

На основi числових розрахункiв встановлено, що характер формули (29) не змiнюється в процесi насичення мембран домiшкою (з врахуванням електричного заряду домiшок), а залежнiсть мiж руйнуючими напруженнями i вiдповiдними безрозмiрними концентрацiями домiшки сб+, сб- є лiнiйною

 

sc+ = sc+о• (1 – aw+ • сб+) ; sc- = sc-о• (1 – aw- • сб-). (30)

 

Тут aw+, aw- – постiйнi коефiцiєнти (характеристики матерiалу).

Дослiдивши (чисельно) поведiнку параметрiв sм i Wм у навантаженiй зусиллям p електропровiднiй площинi з отвором, заповненим розплавом, який мiстить дифундуючу в тверде тiло домiшку, встановлено, що дiя домiшки приводить до зменшення мiжфазного натягу sм (при p = 0) на 12% (числовi данi вiдповiдають системi “мiдь – розплав мiдi”).

Розроблено методику розрахунку мiжфазного натягу i роботи адгезiї контактуючих електропровiдних тiл з урахуванням викликаних радiацiйним опромiненням точкових дефектiв. Показано, що для деяких контактуючих матерiалiв iнтенсивний потiк радiацiйних частинок приводить до зменшення мiжфазного натягу i до збiльшення роботи адгезiї. Проведено аналiз спiввiдношення, яке зв’язує мiжфазний натяг з поверхневими натягами.

Аналогiчно як спiввiдношення (15) записано критерiй мiцностi опромiнених контактуючих тiл з урахуванням змiни мiжфазного натягу

 

Dsм = Kм•nм Ј Dsм* (Dsм* = sм – sм*), (31)

 

де Kм – постiйний коефiцiєнт;

nм – концентрацiя радіаційних точкових дефектiв.

Оскiльки максимальна концентрацiя домішки nм у мiжфазному шарi мiдi cкладає nм = 0, 1, то для системи контактуючих тiл “мiдь – срiбло”, отримаємо Dsм* = 0, 15 Н/м. Із (31) знаходимо оцiнку постiйної Kм (Kм =

= 1, 5 Н/м). Порiвнюючи Kм i Kb (15)  (Dss = Kbns1 Ј Dss*) для мiдi, опромi-неної максимальною дозою власних iонiв, виявлено, що Kb/Kм « 30. Оскільки контакт двох різнорідних електропровідних тіл супроводжується ослабленням силових зв’язків у перехідному шарі і переходом поверхневого натягу ss у міжфазний sм, різниця між якими складає 1-2 порядки (sм = [0, 01ss...

... 0, 1ss]), то відповідно відрізняються між собою і константи Kb, Kм.

Розроблено методику оцiнки впливу перерозподiлiв електричних зарядів у поверхневих шарах електропровiдних частинок аерозолiв та в електричних зондах на поверхневу енергiю, iз змiнами якої зв’язанi вiдхилення показiв пиломiрiв та вiдповiднi змiни вольтамперної характеристики електричних зондів для вимiрювання параметрiв плазми.

Дослiджено параметри термодинамiчного стану вольфраморенiєвих стержнiв (якi є чутливими елементами термопари WRe5-WRe20) у високотемпературному середовищi з урахуванням: а) дiї радiацiйного випромiнювання, що викликає у поверхневих шарах стержнiв появу точкових дефектiв; б) випаровування вольфраму, яке проходить бiльш iнтенсивно у поверхневих шарах стержня i приводить до неоднорiдного по радіусу напруженого стану. В даному випадку неоднорідні по радіусу чутливого елемента термопари зміни параметрів (Dai) у поверхневих шарах створюють умови для додаткового розсіяння носіїв струму. Розроблено методику визначення мiжфазних натягiв i енергiй в гарячому та холодному спаях термопари (WRe5-WRe20) з урахуванням вiдпалу точкових дефектiв.

У четвертому роздiлi дослiджено закономiрностi перерозподiлу зв’язаних електричних зарядiв у дiелектричних твердих тiлах i вiдповiднi змiни поверхневого натягу та поверхневої енергiї.

Співвідношення для поверхневої енергії Ws подамо аналогічно як для електропровідних тіл (7), а для визначення електричної складової W1 використаємо вираз густини енергії електричного поля у вигляді

 

w1 = (e•eo/2)  (¶Y/¶x)