ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Практическая прочность кристаллов из "Основы практической прочности кристаллов " Задача физики прочности кристаллов заключается в создании теории практической прочности. Проблема прочности кристаллов содержит две части. Необходимо объяснить а) низкие значения прочности на разрыв и закономерности разрыва б) низкие значения прочности на сдвиг и закономерности пластичности. [c.24] Хотя это две части одного целого, и, как будет видно из дальнейшего, друг с другом тесно связанные, мы считаем целесообразным рассматривать и решать заключающиеся в них задачи раздельно. Такой подход, как нам кажется, должен привести к важным результатам. [c.24] Настоящая работа посвящена первой части проблемы прочности, т. е. выяснению причин низкой прочности на разрыв для кристаллов, обладающих низкой прочностью на сдвиг. Причины, обусловливающие низкую прочность на сдвиг, мы здесь не рассматриваем, полагая, что это есть свойство реальных кристаллов, с которыми мы имеем дело на опыте. [c.24] Рассмотрим те гипотезы и теории объяснения низкой практической прочности на разрыв кристаллов, которые оказали существенное влияние на развитие этой области исследований. [c.24] Первой теорией практической прочности и единственной количественной теорией до настоящего времени является теория [11]. В своих рассуждениях Гриффитс оперирует с абсолютно хрупким телом, подчиняющимся вплоть до момента разрыва закону Гука. Согласно Гриффитсу, низкая практическая прочность обусловлена существованием в испытуемых образцах субьгакроскопических трещин. На концах трещин существует концентрация напряжений, величина которых значительно превышает средние значения, которые мы непосредственно] наблюдаем на опыте. Условие разрыва тела Гриффитс определяет как возможность роста трещины, находящейся на поверхности или внутри его. В момент разрыва тело находится в состоянии неустойчивого равновесия, следовательно, его потенциальная энергия имеет максимум. При вычислении потенциальной энергии необходимо принимать во внимание дополнительную энергию, зависящую от присутствия трещин. В случае идеального упругого тела только эта дополнительная энергия и вызывает существование максимума. [c.24] Попытка перенести представления Гриффитса на случай разрыва кристаллов наталкивается сразу на трудности. Уже давно было отмечено [60], что вычисления размеров трещин по формуле Гриффитса, выполненные для ряда кристаллов, дают явно странные результаты (табл. 3). [c.26] Если для стекла получаются вполне мыслимые размеры для трещин, то для кристаллов они получаются невероятно большими. Трудно представить себе трещину, сравнимую с размерами образца или даже превышающую их. Наличие таких трещин было бы легко установить непосредственнымп наблюдениями, однако на опыте они не были обнаружены. Ряд других закономерностей разрыва кристаллов также не укладывался в рамки представлений Гриффитса. Правда, ввиду разнообразия кристаллов можно ожидать, что закономерности здесь будут с.ложнее, чем для аморфных тел, и каждый отде.льный кристалл нужно подвергать особому рассмотрению. В нашей работе, говоря о кристаллах, мы будем иметь в виду главным образом простейшие кристаллы, гаплоидные соли и металлы. У кристаллов этих веществ наиболее полно изучены свойства прочности. [c.26] Изучая (в 1923 г.) зависимость пластических свойств и прочности каменной соли от температуры, Иоффе [13] нашел, что пределы прочности и упру- 200 гости изменяются с температурой согласно кривым рис. 2. Растягивая кристалл каменной соли при высокой температуре (выше 4 200° С), мы сначала достигаем предела упругости, причем наступает пластическая деформация, в результате которой имеет место значительное увеличение прочности вследствие разрушения кристаллической решетки (перевод кристалла в мелкокристаллический агрегат). В случае растяжения при низкой температуре (ниже 200° С) — температуре точки пересечения кривых предела прочности (7) и упругости (2) сначала будет достигнут предел прочности. Разрыв произойдет раньше, чем появится пластическая деформация. Разрыв будет абсолютно хрупкий, а напряжение, при котором он осуществляется, определяется как хрупкая прочность на разрыв. Иоффе считал, что разрыв тела при напряжениях, соответствующих его хрупкой прочности, есть результат перенапряжений на гриффитсовых поверхностных трещинах. Таким образом, он утверждал, что ниже определенной температуры существует абсолютно хрупкий разрыв. [c.27] Работы и взгляды А. Ф. Иоффе оказали большое влияние на развитие данной области знания. Однако дальнейшее изучение пластических свойств кристаллов, а также тот факт, что пластичность у соли сохраняется вплоть до температуры жидкого воздуха 129], требуют пересмотра предложенной схемы разрушения. [c.28] Смекалом был выполнен ряд интересных исследований, посвященных главным образом изучению свойств прочности кристаллов галоидных солей щелочных металлов. Им и другими авторами было показано, что пластическая деформация ведет к разрыхлению решетки [23, 64], дана оценка перенапряжений на неоднородностях кристалла [65, 66], выяснено влияние примесей на свойства прочности галоидных солей [50—52], исследована температурная зависимость прочности [67, 68, 54], изучено влияние среды на прочность [54]. Смекал пытался также дать общие представления о причинах разрушения кристаллов, которые мы здесь кратко изложим. Он перенес на кристаллы целиком представления Гриффитса. Далее [22, 23] высказал предположение о том, что строение реальных криста.илов существенно отличается от идеальных. У реальных кристаллов имеются нарушения решетки, которые могут возникнуть по ряду причин в результате неправильности роста кристалла, наличия примесей и т. д. Существование в кристалле подобного рода нарушений может оказать заметное влияние на ряд его свойств и, в частности, на структурно-чувствительные свойства (например, на ионную проводимость, свойства прочности и т. д.). [c.28] Смекал не делает различия в механизме разрушения кристаллов и аморфных тел [69] и считает, что их разрушение происходит за счет первичных дефектов, распределенных по всему объему кристалла. Однако, известно, что существенное отличие кристаллов от аморфных тел заключается в том, что распределение неоднородностей в них не изотропно, а анизотропно. В кристалле существуют направления и плоскости, но которым преимущественно сосредоточиваются искажения, что определяется энергетическими условиями возникновения искажений. Смекал высказал также соображения, выдвигаемые нами (см. гл. 6), о вредном влиянии пластической деформации на прочность и пришел к ряду выводов, аналогичных нашим, но, но-впдимому, этому влиянию он придавал второстепенное значение, так как они не нашли развития в его работах. [c.28] Обзор существующих представлений о свойствах прочности кристаллов показывает, что они не выходят из рамок представлений Гриффитса. Трудность их применения к кристаллам обходится двумя путями в первом случае делается попытка доказать реальное существование таких огромных трещин в другом — предполагается, что действует не один большой дефект, а огромное число малых. Взаимодействие их приводит к тому, что их действие становится эквивалентным действию одного большого дефекта. [c.30] Предположение о реальности существования трещин по Гриффитсу можно считать окончательно лишенным всяких оснований. Что касается второго предположения, то оно еще ни в какой мере не доказано и не вышло из стадии гипотезы. [c.30] Однако изложенная выше попытка объяснения свойств прочности реальных кристаллов нам кажется неудовлетворительной потому, что в ней не делается различия в поведении аморфных и кристаллических тел, в то время как их механические свойства сильно отличаются друг от друга. [c.30] Поэтому нельзя механически переносить представления развитые для аморфных тел, на кристаллы, не учитывая того факта, что механизм разрушения кристаллов ввиду наличия анизотропии их свойств отличается от механизма разрушения аморфных тел. [c.30] Вернуться к основной статье