ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пластические и прочыгтные свойства кристаллов из "Основы практической прочности кристаллов " Кристаллы представляют собой систему частиц (атомов, молекул, ионов), правильно расположенных в пространстве, между которыми действуют силы притяжения и отталкивания электрического происхождения. Задача атомной теории твердого состояния заключается в описании физических свойств кристалла, исходя из свойств частиц и учета взаимодействия между ними. Первой атомной теорией кристаллов является теория ионных кристаллов Борна [1—6], позволившая удовлетворительно вычислить ряд констант кристалла, исходя из свойств ионов, образуюш,их решетку. Теория Борна также дала возможность впервые вычислить прочность на разрыв (определение см. ниже) для ионных кристаллов при рассмотрении идеальной (т. е. бездефектной и без учета влияния температуры) решетки. Впоследствии подобные вычисления были проделаны и для других категорий кристаллов. [c.15] Оценка прочности на разрыв в теории кристаллов производится на основе следующих соображений. Взаимодействие между частицами выражается двучленной формулой. Один ч.яен характеризует силы притяжения, другой член характеризует силы отталкивания. [c.15] Общему характеру кривых, выражающих зависимость энергии и и силы Р от расстояния между взаимодействующими частицами, будет соответствовать рис. 1. В состоянии равновесия о) сила взаимодействия равна нулю, при сжатии (г Гц) между частицами будут возникать силы отталкивания, при растяжении (г г ) — силы притяжения. При некотором растяжении сила достигает максимума, а затем убывает, асимптотически приближаясь к нулю. Очевидно, что как только внешняя сила достигнет этого максимального значения и несколько его превысит, наступит разрыв кристалла. [c.15] Максима.чьное значение растягивающей силы и будет прочностью на разрыв. [c.15] Сравнение вычисленных значений прочности на разрыв с данными опыта показало, что между теорией и опытом имеется значительное несоответствие. Это породило известное недоверие к указанным расчетам и привело к поискам других способов оценки прочности, построенных на более общих основаниях (и поэтому более заслуживающих доверия), хотя и более грубых. Подобный способ описан ниже. [c.16] Оценить порядок величины теоретической прочности можно на основе следующих общих соображений [9]. [c.16] Как видно из таблицы, имеется существенное расхождение-между данными теории и опыта. На это расхождение в свое время было обращено внимание рядом физиков 19, 11—14], которые пытались вникнуть в его сущность. Оказывается, что теория дает меру межатомной, но не технической прочности. Указанное здесь расхождение между теорией и опытом было особенно неожиданным, потому что ряд других свойств кристалла (упругие константы, тепловые константы, энергия решетки и т. д.) удовлетворительно описывались теорией и лишь свойства прочности не укладывались в ее рамки. [c.18] Расхождение между теорией и опытом наблюдается и в другом направлении. Теория рассматривает случай абсолютно хрупкого разрыва. До момента разрыва существует только упругая деформация. [c.18] На самом деле под воздействием внешних сил (при растяжении, сжатии или в случае какого-либо иного вида напряженного состояния) в кристалле при достижении определенной нагрузки, предела упругости, начинается пластическая деформация. В кристалле начинают происходить остаточные перемещения, скольжение отдельных участков кристалла вдоль определенных кристаллографических плоскостей и направлений, обусловленное скалывающей составляющей внешних напряжений. Как показал опыт (о чем будет подробнее речь ниже), этот процесс всегда в большей или меньшей степени предшествует разрыву. [c.18] Возможность подобного процесса скольжения определяется прочностью кристалла на сдвиг. Исходя из определенных представлений о механизме скольжения, можно оценить порядок величины этой прочности. Первоначально подобная задача была решена Френкелем [15]. Поскольку его расчеты приводят к тем же результатам, что и грубая оценка, то мы здесь их не приводим и даем только приближенный способ вычисления прочности кристалла на сдвиг [16]. [c.18] Предположим, что одна часть кристалла перемещается вдоль некоторой плоскости относительно другой, причем атомы верхней плоскости движутся в периодическом поле, создаваемом атомами нижней плоскости. Когда верхняя плоскость переместится на половину постоянной а решетки, она затем перейдет без дополнительных усилий в новое положение равновесия. [c.18] Скалывающее напряжение (критическое скалывающее напряжение), начиная с которого процесс скольжения станет возможным, будет порядка S 0,2 д, где С — модуль сдвига, т. е. порядка 10 кПмм . [c.18] Более тонкий метод определения остаточных изменений [17]. [c.19] Александровым и Журковым [19, 20] было показано, что прочность тонких кварцевых нитей в вакууме достигает значения в 2000 кПмм . Оровану [21], уничтожая краевой эффект концентрации напряжений в слюде, удалось повысить ее прочность против нормального значения в 10 раз и довести ее до величины в 320 кР/мм . Стальная проволока имеет прочность, доходящую до 300 кГ/мм и выше. [c.20] Из приведенных данных следует, что при разрушении реальных кристаллических материалов реализуются напряжения, близкие к их теоретической прочности. [c.20] Необходимо с самого начала отметить, что свойства прочности и пластичности кристаллов систематически не исследовались и поэтому мы располагаем крайне скудными опытными данными. Изучалось только ограниченное число различных кристаллов, сюда относятся некоторые металлические монокристаллы, главным образом Хпи С(1, и кристаллы галоидных солей щелочных металлов. [c.21] Не существует кристаллов, на которых были бы проведены исчерпывающие количественные исследования характеристик их прочности и пластичности. Наиболее полно изучена каменная соль. О свойствах прочности ряда кристаллов, как, например, кварца, алмаза и т. д., мы не имеем достаточных представлений. Исследования ограничивались в большей части случаем однородного напряженного состояния (растяжение), проводились при незначительных вариациях внешних условий опыта (температуры, скорости, давления). Изучались главным образом общие закономерности явления прочности и пластичности, а не их механизм. [c.21] Все до сих пор более или менее исследованные кристаллы как солей, так и металлов, ведут себя качественно одинаково, независимо от большого различия в остальных свойствах. Совокупностью ряда работ показано следующее. [c.21] Трансляция заключается в соскальзывании одной части кристалла относительно другой вдоль онределенной кристаллографической плоскости или направления на расстояние, кратное атомной постоянной. [c.21] Вернуться к основной статье