Гегузин Я.Е. Почему и как исчезает пустота
Подождите немного. Документ загружается.
Фбсу;кдеп::ая
ситуация мо}кет
осуществиться тт
в об_
ращс1!!1ом
вариаттте' когда
дви}{{уш{аяся
дшс.т1окация
не
(рон{]{ает))'
а
(шоглощает))
атомь|'
двигаясь
в направле_
||и|ц
противошоло?1{ном
тому' в
которо}|
она
двин{ется'
ро}!{дая
атомь1.
Б
этом
случае порь1 являются не
стоками'
а
источниками
атомов'
и' их объем будет
возрастать.
Бсли
|{ит{то этому.
не
поме|пает'
совместное
движ(ение
дислока_
ции
о
растущи}!и
порами
мо'{{ет
8авер|шиться 11х слиян\|-
ем' и тогда вдоль
дислокационнот?
линии
образуотся боль-
гшой
польтр] ка1'1а.|{
-
щилиндрическая
пора' с
помощь|о
полутепттот1
памтт
формуль|
мон{но определить
||уть'
кото-
рьтй
дол;ттша
прог}ттл
дислокация
с пора}'{и
для
того'
что-
бьт,
увелитиваясь'
1]орьт столкнулись
и слились воедино.
[ля
атого
ттадо, ттобьт
диаметр
2Р
цоотит
зг*ачения },'
Б этом случае х'-}"'|2а'
|!ри
знатении величин
?,
л а,
которь]п[и
мь1
.у}ке
восполь3овались, п=2.10_' сшт'
3то
отро1\{пь]й
шуть!
!3
реальных условиях
слива1отся ли!пь
те порь.|'
которь|е
оказь1ваются случаино
располо}кеннь1_
ми
очепь
близко,
!{ поэтому их
слиявие
}1ож(ет
прошзойти
11ри неболь!шоп!
смещении
дислокации.
|!о отногпевию
к поре
дислонация
}1о}кет
вь|ступать
ецо
и' в
ролч'
подобной
роли
ооломинки'.
на которой
си'ц'1"|
пгьтльный пу3ь1рь. 6:кимаясь, мьтльньтй
пу3ь1рь
как
бьт вь:давливает.себя
через
соломинку' если'
разумеется'
отверстие
в
1{онце соломинки
яом-нибудъ
не
3акрь|то.
Бсли
ме:кду порой,
сидящей
на
дислокации'
и поверх_
ноатью образца,
в
котору1о
упирается
дислокация'
нет
никаких
посредников'
пора
будет
повакансион1{о
(вь1те_
кать)
череа
дислокацию
на поверхнооть
образца. Разупте_
ется'
у
порьт
есть
и
друтая
возмож{ность
уме1ть;пить
свой
объем.
Ёапример, <диффувиошво
раствориться)
в
объем
кристалла.
Ёо
если
пора
очень
малень1{ая'
то скорость
ео
3алечивапия
}{ожет
определяться
имен]|о
ппото]{о}1
чере3
диспокационпую
трубку
-
с0ломинку.
Бсе
рассказанное
о
поре и
дислокацпп-соло[|ипке
экс_
периментальпо
на6людалось
в
очень красивых
опытах по
алоктровчр-микроскопическому
исследованию
3алечивания
шор
в тонкой
ал[оминиевой
фольге.
,[ислокация
пров1]3ь1_
вала
фольгу
наоквозь'
на
дислокацип
в
объепло
плевки
располагалась
одпа
пора. 3ксперимептаторь1
специальво
из6рали
такое
мосто в
фольге,
тде
рядом
с
порой
на
дис_
локации
распо]1агалась
такая
же пора'
которая?
однако'
дислокацией
пе
пересекалась. €равнивая электроняо-1{ик-
роскопические
свимки этого места' цо]{ученшь1е
шосле
'00
.+
^
^
|1еремещаяоь
оовмеот|1о
о
ди0локацпо}'|'
порь!'
в 3авиопмооти
от
направ-
ления
движения'
могут
у'Б'",'",',
(с) и
умень|пать
(6)
свой
объем
пора'
располоя{ениая
на
границо'
мо'1(ет
<]вь|дувать})
овою
пустоту
череа
грапицу
на
поверхйооть
кристалла
различ|{ь1х
атапов
отж(ига'
авторь|'
а
вместе
с }{и|{и
11
мь1
убежд^е*ся
в
том''что
пора
ца
дислокации
уме1|ь1шает
6вой объем
значительно
быстрое,
чем
находящаяся
вне
ее.
3ти
опь|ть1
ва?1(нь|?
просты'
красивь1
и
доказатель}1ь|'
Беликолецць1е
опь!ты!
-
Фбсудим
еще
од1'у'
цо_моему'
|1аиболее
иптерес1ц/ю
особепность
,'''д""йЁ
аноамбля
-<!дислокация-пора>.
[о-
пустим'
что
к
дислокации
извне
]]о
шрило)*(о1{а
н11какая
сйла.
Б этом
случае'
казал-о-сь
бьт, ансам6ль
(дислок1ц"т
пора)
должен
|1окоитьоя.
]\{ежсду
тем
.ока8ывается'
что о11
вачинает
двигаться;
при
этом
роль
источ}{ика
эцергии'
веобходимого
для
движения'
играют
шорь1'
точнее
говоря'
повеох}!остнаяэнергия'вь|деляющаясяприуме]!ьш1е}|ии
'*
,',ер*'ости.
$онкретпь1й
мехаци8м
этого
проце9€&
Ф9€;
виден:
цора'
аалечт{ваясь'
цспускает
вакансии'
которые
п0глощаются диолокацией;
поглощая
вакансии'
диолока_
шия начипает двигаться;
перем0щаясь'
дислокация
увло-
кает
3а
собой
поры;
залечиваясь'
поры
шшоддерж{ивают
дви}!|ение
дислокации'
и
так
далее
и
так
далее
до
тех
пор)
покуда
порь1
не
схлопнутоя
т|
вся
энергия
их
поверх-
востей
не
иарасходуется
па
дви}1{ение
ансамбля
1'
-
Фцепим
среднюю
сиду
д' под
действием
которои
дви_
}кется
ансам6ль
((дисдонация*пора)'
исходя
и3
опреде-
,',й,,
усвоенного
}|а
1школь1;ь1х
ур-оках
физики:
работа
равна
прои3веден11ю
силь1
}1а
путь'
3то означает'
что
для
цахожсдевия
сильт
Р дадо
энергию'
вь1делив1шуюся
цри
'
€оответствующую
и]1]1юстрац!!ю
см'
ва
вклейке'
|0|
схлопь1ват1ии всех пор'
движущихся
с
дислокацлей
(||"),
поделить |]а
г|уть' ппройденный
до
схлопь1вания.
так
как
па
дислокационной
лиЁ|иу1
длиной
!
расположт
еъто
[,|?,
пор'
а
поверхностная
энергия'
свя3анная
с
каж{дой
из
них'
равна
4лР"а,
то
\|":4лР"а(ь|х).
[еля
\|"
на {,
которое
ранее
мь]
у}ке
определяли' получпм Р|['е3а(а/ф.
[1ри
ос:1,3'10'эрг/см'и
Ёд.10-,
см
и3
формульт
следует'
что
единичная
длипа
ансамбля
(дислокация-пора)
дви-
,1(ется под влиянием
силь] Р=10
див.
Ёе
такой
у;к
малой
ока3ываетоя
сила' появив1шаяся
3а
счет
(горючего)'
при_
надле;кащего
аноамблю
поверхцостной
энергии пор!
1\:1оэкно
бьтло
бьт
ощецить еще и иньте
характеристикБ'
определяющие
дви)|{ение
а}!самбля.
}{ашример,
время'
в
течение которого
оно происходит'
и коэффициент
диф_
фувии,
которьтй
ошредоляет потоки
от пор к
дислокации.
Ёе
бу'дем
этого
делать.
}6едимся
]1и]шь'
в3глявув
ца
фо_
тощафию,
что тепдевция к
самопрои3вольному
двиэкению
шоры
с
дис]1окацией
вшолне
реаль}1а.
Бще
рав
о
внутреннем
спекании
11ри
первсм }ке
впакомстве
с
в}{утрен}{им
спе1{а.ц]{ем
мь1 вьтяснилщ
что
характерпь1м
ого при3наком
являотся
уменьгпоние
свободпой поверхности
пор при
шеизменном
пх
объеме.
3
ртой
ситуации'
которая
обсу:кдалась
ранее'
укрупнение
оредп€то
размера
пор
проксх0дило
вследствие
диффузиопного
обмепа
ваканспями
м€}кду ними.
1\{о;кво
се6е предотавить
и не
только
представить'
а
и
аксшеримештально
в&6людать
инь1€ механи3мь]
укрупне_
ния
пор'
приводя!цие к внутрен1{€му
спеканию:
объем
не-
и3меннь|й' поверхность
умень1шается.
Фбсудим
два
!13
т&ких
механизмов'
считая
при
этом'
что в том
объе}1о'.
где
располо}кеш
интересую1ци:!
нас
ансамбль
пор'
яикаких вЁутрет1них источников
ш
сто1{ов
нет.
3то
очег{ь
серье3ное требовавие,
несоблюдеттио
кото_
рого
ли|пит нао во3мо}т{ности
утвер}кдать'
что мь1
рас-
сматриваем внутроннео
спекание. Б
конце
очерка
мь|
это
ограт{ичевие
сшимаем
и посмотр'1м' к чеп{у это пр],1ведот.
Фдитт :ла механи3мов
у1{рупне1{ия
пор
3аклточа0тся
ъ
следу|ощем. ||редставим
себе
ансамбль
пор'
распо;{о)кец_
ттт,тх
бливко
друг
1{
другу.
||редполош*им' что
форпга
пор
дале]|а
от
равновосной,
порьт
_
не
отрицателънь]е ]{риста]1_
льт.
Ё
реальнь]х
услов1тях'
например
в [орош]т(о}}ой
тгрес_
совко' их
форма
мо}кет
бьтть пропзво,тьтто{1. [{ь:'
одпако,
{02
предполо'}ким'
что
шорь1
.имеют
форму
вь!тяпуть1х
эллип-
соидов.
?акая коккретизация
н.ам помох{ет пог|ять
сущест-
во
эфф0кта
и шр&кттг([ески
пе
умень1пит
степонь общно-
сти
нап1их
расоу'ждеший.
}1
еще:
'для
цростоть1
раооу)}(-
деншй
мш вяп!{гц:в]юм
у
теоротиков
продставлеяие
о6
(и3отрошпом
щрцсталле);
ранео
0но
у}ке
встречалось.
$
процессэ вх]о0кот1вп{пературного
от}кига
форма
пор
будот
пороФра*овываться, лрп6ллж(аясь
к
равновесной,
э]1]типооид
будет приближаться
к
сфере
(изотропнь:й
кристалл1).
3
отом
процессе
близко
располо)1{евные
поры
м0гут ст0л.}{пугьсп. 1{евтры тя'кости
пор
при
этом оста-
ются
цеш0дви}!{шъ[мш'
а
столкшове1{ие
*
результат
и3меве-
ния
форшь:
ш0р. столкнутся'
равумеется'
не все
пары
ближайтпшх сооедей,
}то
шрц
достаточно
плотном
распо-
пож{епии
пор в
ансамбле
эти
столкповепия
могут шринять
лавинообразньтй
характер:
соседнце
поры 1 л 2,
преобра-
3уя
свою
фор*у,
стодкпув1пись'
о6разуют лору
1_2,
форма
которой
будет заведомо неравновесной;
преобра-
3уя
свою
фор*у,
пора
1-2 может столкцуться
с
порой
3,
образуя
пору
1_2_3,
которая в свою очередь?
имея
фор*у,
далек)по
0т
раввовесной,
6удет ее
преобРаз0вь1вать
и столкнетоя
с
порой
4,
образуот
лору 172_3_4'
тсото-
рая^в
овою
отерець'.1
и
т.
д.
и
т.
д.
0тот
механив1]у!
коалесценции
в
ро}киме
столкновег1ия
поноящихся
шор
офчетливо
на6людался
в
опь|тах' в ко-
торь|х
искуоствошшо
5ь:ли
со3дань|
ус:1оЁия,
способствую_
щйе
проявленйю
того
механи3ма.
Расска:ку
об этих
опь1тах.
Б
мнокристалле
|'{а(1 искусствешно
со3давалась
не-
завер|ше]1вая
треш{ипа'
а
затем залечивалась.
Б
резуль_
тате
такой
процедуры
в
плоскости
трещипь1 образовыва_
лось
6ольптое
ко.11ичеётво
близко
расположен}|ь!х
шеи3о-
мерных
пор.
[о
фстоятельство'
что
они
располо)*(е1{ь|
в
одной
плоскости'
уведичивало
вероя1постъ
их
ваацмньтх
столкновений
в шроцессе
преобразовавия
формьт
_
в этом'
собствевно'
и
искусствепность преднамеренпо
созданно|т
ситуации.
1пкой
обрааещ
подвергался
длительному
от_
жигу
при
постоянпой
темшературе'
при
которой
происхо'
дило
все то'
о
чем бь:ло
раоска3ано
двумя
абвацами
вь!1шо.
Ёоалесценции
покоящихся
!!6Р,
которые
сталкива_
ются'
преобразуя
свою
форму,_
очень
ва)кная
деталь
шроцессов'
происх0дящих
в
'пористои
прессовко
1]а на_
чальной стадии
спекания.
Фсо6енно,
если
поршстость
шрессовки
велика
ш спрессована
она
и3
п1елких поро1шинок
103
||ооло}!оватс.цьггьге
отад'||' коалео|{енц}11|
близно
расподо11{ен]!ь|х
пор
в(:т:
одс:твг:сэ ото]!|гнове!1ия
при из}|е]'е!!}!п
фор}!ь!
\|''|.*$.1],#$;|,;,м1':$$,,..$!.:1!&|!'|с$т,;1$,,',1,;,р.'!;:р.;;:т$!'7|:$|!||:ф7':ф!';1ф;1'1$/-,:':1ф,.':;,.#1:11|&
|{пнок'др|', отра?ка1ощио
{{оалесце}!ц!!ю
д1}!|яушш|ихся
включений
в
г|ро_
|.{есое сто]!|{!'овспия.
3а
дви?1|уш]|!п'ся
круп]|ь|м включен!|ещ
-
полоса!
св()-
б0д}тая
0т включо}|цй!
с;'т0}|{ной' шричудливой
формь:.
Б
атошл
случае
пор 1|{т]ого
и
форма
их
шеизо!ерпа'
т.
е.
есть
все то' что
шеобхо,{имо
для
обсу:ттдаемото механизма
коалесцепции.
1ешерь
о
втором
меха|{изме.
Б
отерке,
где
рассказь1-
вадось'
как.
ра3110сть
температур
мо}кет
залечивать
пору'
ме}т{ду
пр0чим'
!.оворилось и
о том?
что в поле
развости
температур
ппора
дви}т(ется.
всли
}ке
1!1ь1 предположил{'
что
!1икаких источ[{иков
и стоков
вакапсий нет'
то
будет шро.
104
исх0дить
только
дви}1{ецие'
а.залечива]1ие'
естестве11но'
шроисходить
пе
буде1.
|{ри
переносо
веш{ества
шеха1]и3_
мом
<испарение_конденсация)
пора
6удет
шеремеш1аться
по
направйеЁию
к более
вьтсокой
температуро.
?ак
тсатч
поток
вещества'
пореносимого
этим
меха|1измоп{?
шрямо
шропорциоЁалев
разшости.температур'
а
шрт
даг!но1[
пе_
решаде
температур
па
всем
образце
ра3ница
ме}кду
то}{_
|тературой
ть1льной
ц
лобовой
пповерхн0сти
будет
тем
б'}',#й
чеп[ боль|ше.
ра3мер
порьт
Р, то
скорость
дви)|{е._
|!ия
порь|
будет
подти}1яться
3акону:
о-Р;
|1олуто;тгтьтй
закоЁ
(а
мь1
прець1дущип{и
рассу)кде11иями
ого
уста}1ов1']-
ли)
противоретит
интуиции'
]{оторая
в0спи'гаша
т1а
пред-
.'авл6*'',
йо
6олее
круш]1ое
менее
шо/{ви}кно'
Б
дат:ттом
случае
ит{туицчи
следует
устушить
логике'
11е
препятст_
вовать
ей
установпть
истиннь1й
закон
дви}кения
пор'
'
3акон
о-Р-,
ра3умеется'
справедлив
не
]1о
6ескоттеч_
нь1х
значений
Р.
-[олн*ет1
су1цествовать
такот1
предельтльтй
ра3мер
&.,,
котда атомь1'
исшаряющиеся
на лобовой
шо-
верхности
порь1,
]1а
своем
шути
к. ть1льцой
будут
сталки-
,*'''"
с
себе
шоцобньтми'
если
ра3мер
Р,р существенно
больпте'
99м
[]1ин1.
св0бодного
шро6ега
'атомов
в
со6стветт-
}1ом
газе.
3то
означает'
что
при
.Р)&"'
будет
иног1
закоп
дви'кения'
не
т;-&'
}1ас
этсе
интересуе1
име}{по
этот
3ако!1'
точнее
говоря'
те
усдовия'
при
которь|х
он
вь111ол1]яется'
так
как
при
таком
законе
двйжсения
к.рупць1е
порьт
будут'
догонять
мелкие'
сталкиваться
и сливатрс'1
с
ними' т' е'
будет
происходить
то'
что
ранее
мь1
назвали
(внутре11ниш1
спеканйем)
(толкновение
дви?т{ущихся:пор
может'паб'цюдатрся
и
при
ичь|х
условия_х'
когда
перенос
вещества
от лобового
к
ть1.]1ьному,
учартщу,
ц-ор9рхлФ.91и,.,
шдоисходит
вследствио
диффувии
.по]
цоРерхнооти;
3,
9том::9.}|}1а€
она3ь1вается'
что
скорость
дви)кущихся
шшор
опись-1вается
3ако1{ом
0
-'\!
!1,
детко согласующимся
о
и|]туи'цией:
]\{алонькие
дви}кутся
бьтстро,
6ол!тшие
_
мед']енно.
маленькие'
догоняя
боль-
шие?
будут
с }!ими сталкиваться
и соединяться.
бдесь
следует
3аметить'
что в т0й
ситуации'
где
дойс?вовал
зако11
и-Ё,
разпость
темшератур
_
необходимо0
условио
дви!ке-
ния'
так
как только
она
может
о6-условить
механ11зм
ис-
шарения_кондошсации
и проявляет
себя в
криста]1]{ах
с
боЁьтшой
ушшругостью
пара.
А
3ако!1
о-1|Р,
к0гда
дви)ке_
|1ие
есть
следстви0
переноса
массы
вдоль
поверх|1ости'
мо'{{ет
проявить
се6я
п
в кристаллах
с
малой
упругостью
г|ара и не только
под
влиянием
ра3ности
т0мператур'
1.:!:::
1;::1::,:
1::-:::::
:::::.:.:
[.:.:.:::::
1ж
{я||,,'',,:#::,'::*::|;::&.:::.
1::::;#::::#:::;
;:::&'::'$:';'/#',;;:,#
:.:.::11!::._
|::,|:,:::)||,
..:::,:.:$
:
.:^.1.
.'):.:
.:::!.:!
!:
".
,.1..:-:
:.
:#1*,.:':'..,,.,,:.
:
:**# :::':
||:||.||:|||ж||:|?,||:|:||,:|1.;'||,:
105
а
п0д
влиянием
цшых
|1ршчи|{'
которьте
ошособнь1
вь1п)4цить
направлеп.}'о€
шеромещение
атомов
от лобовой
к тшльной
шоверхпости
110рш.
[реди
таких
причин
могут
бьтть
рав.
пость
вапря:кепий,
ра3т{0стъ
0лектрш|оского
!!Ф19Ё.
щшала
и
др.
!!'1
о6а 6а1{оша
3ависимоств' 0
от &
и
отолкнов8ни9,
п!€[.
определеш.ньтФ
этими
3аконами' наблюдались
во
мцо}кест_
ве
эксшеримештов'
которь1е проводились
и
с п0ристыми
телами'
и
со
сшшециально
приготовл6пными
моделями.
}{оалесценщию
движ{ущихся
включ9пий
удобно
проил_
]тк}сщ}ировать
ре3ультатами
опь1тов'
вь1п0лневвых
пе
с
пот}шстыми
телами
(вклтонение_пора!)'
а
со
сп0циальпь|_
ии
моделями'
в которь|х
пора
моделирувтся
ж{идким
включепием
в про3рачном
кристаллв
сол|с.
||од
влиянием
разности
тем11ератур
такоо
включе11и0
дви}1{етея
вследст-
'!ие
растворет{ия
соли
на <<лобовой>
и
ее осаждении
на
(тьтльной)
п0верхности
включевия.
Бсе
так
?ке' как и
в
сл}д{ае
полой
шорь}'
1{о
только
не
ш|ехани3м
(испарение_
|{ошденсация)'
а
механи8м
(растворе!1ие_оса}кдение).
14
заков
дви}т{ешия
0казь1вается
тем
}кё.
Бсе
прои-сходящео
в_таком
модельпом
эксперимецте
ки]!ематоцрафровалось.
Результат
отчетливо
и]1люстриру_
е-тся
кинограммой,
смонтированвой
из
кадров
заснятого
фильма.
$ак мьт
и
пд&$ировали
в
}1ачале
очерка' снимем
прод_
шолож{ени0
о
т9щ тто в
объемо'
где
располо)*{еп
а"сайбл"
ш0р'
отсутствут0т
вот0чники
и
стоки
ва}сансий.
[опустим
теперь'
что
стокш присутствуют.
9то
допущение
совсом
не'отмоняет
всего
т'ого' к чему
мь|
при1пли'
обсуэкдая
оба
механи3ма
ввутропнего'
спекания.
[1роото
действоватъ
они
6удут
ва
фоне
у}[ень!пающегося
объема
пор.
Б
затшлючение
уместно
расскавать
о6
одвом
практиче_
ски
очень
в&ж{ном
сл)п{ае'
когда
аале!1ивапие
пор
отсут-
ствует
даже
и
прш
палит{ии
стоков
и источников
вакансий
и при
этом прощосс
столквовения
приводит
к
реаультату'
отличн0п(у
от Бнутренве1о
спокания'_
поверхностъ
пор
остается
пеивменжой,
а
объем
пор
увеличив1ется.
3дес}
вео6ходимо
уточневие:
речь
идет
це
о поль]х порах'
а
о
полостях'
8аполвепнь1х
пооторонним
га3ом. Фчепь
часто
имонн0
тат{
дело
и
обстоит. Б
частпости''
тогда' когда
по_
р0|т]]{овъте_-
шрессовки
прессуются
не
в вь1соком
вакууме'
а
в
атплосфере
воздуха
или
ипертного
газа. |азозапойй."]
пь1е
полост!1
авто1{атически
исключаются
и3
проце€€&
€п€.
кан}тя
тогда''
когда
давление
3аключенного
в
них
газа
|06
оавво
лаплаоовск()му
давлению.
1атсие
полости
явля1отся
р'','"*''"'ми.
3то вначит'
с
каждой и3 них'
сс]'и
о1{а
остается
и3олироваппой'
ничого
не может
и
!1е
до]]ж{т1о
происходить.
_
9тобъ:,
раз6ираясь
в том'
что же 6удот
происходить
при вь[ну?жденно}[
столкновении
таких
ра8]{0веспь1х
поло_
стей' н0
о1пибиться'
6удем
прочв0
держаться
за 3акон
сохранения
эцергии.
|[рименительво
к налпой
вадаче
он
у'верэкдае',
нто эяергия
двух равновест{ь:х
полостей
до
и после
ст0лкновониЁ
дол>тс'а
6ьтть
одпой
и той
ш(е'
3нер-
!пя'уу,.'
свявапная
с
каждой
из
полоотей'
с0стоит
ив сво-
бодпой
поворхвостной
эвергии
||":4л^Р"а.
й шз авергпв
3акдюченного
в
пой
.,''т41
-
Р,у:
#*"',--8,13
а'.
1акпм образом,
8'':||"
*0
":
+
лаР2
-
й2'
1ак
как
0,-Р2,
то
при
с{!т1ят1иц
полостей
6удут
суммироваться
не
их
объемь1'
а
{1х поворхн0сти.
|[олость,
о6разовавштаяся
из
двух
одинаковь1х'
шмеющих
_Р!цшус
й6'
|[1т1€€1
радиус'
удо!лотворяющшй
уоловию
Р':2Ро''
и3
которото
следует'
что
Ё'}2Ё''.
3то
о3начает'
чт0 если
поверхвости
слива}о-
щихся
полостей
суммпруются'
то
объем
образовавтпейся
полости
больтце
|умм|т
их
объемов:
слияцие
полостей
сопрово'{{цавтся
дх
разбухавием.
0тот
|ъ'вод
имеет
одпо
очень
пагфное
с]!едотвие'
Б процессе
работьт
атом|{ого
реактора
в
тепловь1деляюш]их
","й'"'а*
(твэд)
вовпикает
га3' которьтй
со6ирается
в
га'
3озаполненпые
полости.
1епловьтделяющий
элеме1|т
имеет
фор*у
цилиндра'
в6лизи
оси
которого
температура
вът1пе'
чем
на
поверхнооти.
3то о3начает|
что
газо3апполпо1{пь1о
полости'
двигаясь
по
направлению
к
оси,
будут
€11'|ки-
ваться
и' следовательно'
тепловыделяющий
элемент
6уде3
р!'су*'',.
9то
раз6ухашие
_
6ив
твэлов, огравичивающий
-срок
их слу:кб|т;
раабухая,
твэлы
теря]от
механичес1{ую
прочность
и
разру1паются.
Бнутреннее'
оно
,1(е
8не1шнее
спекание
Бнутреннео
с''*,''й*
шор
в монокршсталле'
где
оттп;
*д'"''"''''ьтй
признак
перавновесЁости'
как
мь]
убедттлись,
к
усадке
не
приводи1.
!ц9птпее
ст1екание
в монокристалле'
где
свобод'."'
,'",р*''ость
*
едипственньтй
сток
вакансит?,
вообще говоря,
к
усадке
приводит'
однако.
величина
этои
107
усад1{и
1те3т1ач!1тельна' 1]оско]|ьку
все
то мно}кество пор'
1(оторь1е
от
поверхности кристалла
удадень|'
во вне1пнем
спека1111и
},]частия
|!е 1{рит]имают в связи
с
тем'
что'
во-пер_
вь|х' опи
удалень|
от
единствен]1ого стока' а' во-вторь|х'
вака]1с]{1{'
родив|пиеся
]{а поверхности
одной
из тлубинньтх
пор
|1
двигающиеся
к
вне1пней
поверхности
крис'галла'
не
смогут ее
достичь'
так как 3аведомо провалятся в
одну и3
пор' встретив1шихся
по ]1ути.
Б
реальном
кристалле
мож{ет оказаться
и
неиз}1енно
оказь1ваетсл'
что
в
роли
стоков
вакансий вьтотупа1от не
толь1{о
свободтльте шоверхности кристалла'
но и
ра3личнь1е
дефекть1,
располон{ецт{ь1е
в объеме кристалда' в непосред-
стве1||]ом
соседстве от
пор.
Б
этом
случае вклад
в
усадку
'во
<вхте:шпее
сцекание)) могут в}1ести
и те
порь|'
которь1о
от
поверхности
удале!{ьт.
Фбсудим
две
разновидности
внутрепних
стоков.
всли
рочь
идот
о моцокристалле'
состоя1цем и3. отдельнь|х бло-
ков' или
о поликристалле'
состоящем
и3 зерен' в
роли
сто-
ков могут
оказаться
границь1
ра3делов
ме}кду элементами
структурь|. Б
этом
случае беспористые корочки
дол}кнь|
будут
располагаться
в6лизл всех
внутренних
границ,
об-
ра3уя
а'журную
конструкцию из бесцористого
вещества'
помеще}|1!у|о
в пористую
ст.руктуР}. |[о
мере
спекания
'беспористьте
слои
будут
утолщаться'
покуда а'цурная
сет-
ка
беспористьтх
слоев
не
превратится в
беспористьтй
|{ристалл'
Б
опьлте, шодобпом топ{у? в
котором наблюдались
про-
светле}1ныо сло!1 при от}киге монокристаллов ]\а(}'
если
исходньтй
кристалл
был
достаточно
блочным'
часто
удает-
ся отчетливо наблюдать
участ}{!1'
где кристалл
в объеме
ока3ь]вается про}|и3аннь1м
беспорибтыми слоями.
9ти
слои отчетлртво наблюдаются и при
спекании
огнеупорнь|х
керап!ичеоких
компо3иций. ?ехнологи_огпеупорщики
о
этим
явлен'{ем зпакомь1
и
иногда исполь3уют его,
а
иногда
бо-
ртотся
с пим: линию поведения
диктует
цель'
к
которой
технолог
отремится.
Бторой
тип
отоков в объеме
кристалла'
которь1о могут
преврат}1ть
в]]утреннее
спе1{ание
во
вне1п!{ее'_ 9то
д11с_
локации'
способнь:е
поглощать вакансий.
8акансия,
ро_
див1пиоь
на
поверхности
одной и3
пор' встретив на
своем
пути
краевую
диолокацию'
мо)кет
безвоввратно
е|о
погло_
титься
и'
таким
образом, вь1пасть
из меха1]и3ма
внутре11_
пего
спекания
по /|иф:пицу_6леаову
и внести
вклад
в
объеплпуто
усадку.
Разумеется,
у
блу:кдающей
,,*а'?'"
'ш
мож{ет
бь:ть
и итлая судьба:
дисло1{ация
осталась
в стороне
от
ее
пути'
а одна из пор
преградила путь.
Б этом случае
вакансия
внесет
вклад
во
внутрен11ее спекание
и 1{скдючит
се6я
хлв
вне1шнего.
Фтносительная
ръль
двух
этих
во3мо}к_
ттостей зависит
от соот]1о1шений
ме:тсду ппотностямп
дис-
локацттй
и
пор.
Бсегда,
однако'
и
внутреннее
и в}1е1шнее
спе|{ания
проиоходят
одновреп[енно.
[
хоту
расока3ать
об
опьтте'
в котором конкуренц1{я
двух
типов спека1{ия и
две
возможнь1е
судьбьт
блужсдато-
щей
ваканоии
проявилут
ое6я
отчетливо'
однозна1|но.
Фи-
3ики'
3адумав1пие
и
поставив1шие
этот
опь1т'
ре1|!или
в1'|е-
1шаться в судьбу
вакансии'
г{р!1ло}кив
к
пористому
кристаллу
давление
всестороннего
с}катия.
Фни экспери_
ментировали с
прессовками'
полученнь1}1]{
прессованием
диспорсшого
пороштка'
которьтй
бь:л
полунен
механичеоки}'
дроблБнием
монокршсталлов
фтористого
лития.
|1рессова_
ние происходило
в
условиях'
обеспечивающих
вФ31!|Ф?1(г1Ф9т{'
получить
прессовку
в
форме
круглой,
оптически
про3ра1{_
пой
пластинки.
11розрачность
обуоловлена
-вь:сокой
плот-
ностью
плаотинки'
наличием
в
ней о{ень
не6ольптого колтт_
чества
ма.цых
пор.
Б
процесое
вь1сокотемпературного
от}кига
вследствие
валечивавия
иска)кений
в
пресоовке
6удут
ро}кдаться
ва-
|(авсии.
Физики, ставив'1шие
опыт'
рассу}кдали
так. [сли
блуэкдающая
вакансия
поглотится
п6рой,
объем
прессовки
практически
ивмовится
пезначительно'
так
как
объепл оди-
ночной
вакансии
в
ретпетке
и сродний.
о6ъем,
приходя_
щийся
на вакансию
в поре' отличаются
мало' на
доли
о6ъема
ваканоии'
Ёсли:ке
вака}1сия
поглотится
дисло|{а_
т{ией,
то
она
исчезнет
6есследно' &
ато
3начит'
что^
объе11[
шреосовки
уме1{ь1ццится
па
о6ъем ойвой
вакансии.
Фтевид-
1!о'
если
прессовку
отжигать'
прилатая
к
ней
давление
всесторонвего
с}катия'
то'
оно' ато
давле}1ие,
способствуя
||роцессам'
которь1е
приводят
к
умень1шению
объема,
должспо
будет
1акансии
(подсказать})'
что
целесооб_
ра3нее
ей
провалиться
в
дис]!окащию'
а
не
в т!ору.
_
}ход
ваканоий
в поры
способствует
их
подрастанию?
и'
как оледотвие
этого'
11омутнению преосовки'
а
уход
вакан-
сий в
дислокации
к шомут!{онию
не
привод!1т. Фн
пложсет
привести
к просветлению'
еоли
имеющиеся
по_рь1'
распав_
1пись
ца вакансии'
псч€знут
в
дислокациях.
1[пленно
этот
эффект и наблюдали
физики,
из)п1ая
прозрачность
прессо_
вок'
спекавтшихся
свободно
или под
давлением.
109
14так,
внутренние
стоки
вакапоий'
шронизь1вающио
по{
р]{стую
структуру
в
ее объеме'
моц/т
превратить
внутре}{.
нее
спекание во вне1шнее'
как
6ът трп6тхпзив
поверх11ость
обра3ца
к
каждой иэ
пор.
[1реципитатное
спекашше
^
1акого
процеоса
нет.
1ермин
есть,
а процесоа п0т.
(обствептто'
и
термит|а
кет.
бн
шоявился
в о!ной
[3
19Ф.
рет1дческих
работ
1960
г.
и' никем
не повторенньтй,
в
том
}ке году
исче3!
}1 все
н{е о них
_
о мпимом
ш}о1{еФое
и ис-
че3нув{1|ем
терми}те
_
стоит
коротко.
расска3ать'
как о
курье3е'
в
основе
которого
н0правильное
црочтен11€
8&Б€.
домо
правилънь]х
и отчетливо
сформулирова1тнь1х
сообра.
жеттий.
'
|4дея
о во3мо?кности
преципитатЁого
спекания
во3ник_
ла
после
появл0н]'1я
<.}[(-теории>,
которая
великолепно
объясняла
и
особенности
в]1утренвего
1]
о3обенности
вне1ш{
1|его
спе-кания.
|{редло}кив1|]ий
идею
прецип1]татцого
спе_
кания
обратил
вншма1{пе
на
то
обстоятельство.
{1Ф
Б €ФФт.
вотств}1и
с цредполо}!{ениями
<.1[€-теории,
"се
,ор,,
''а"о_
дятся
в-атмосфере?
пересь1щепной
вакансиями'
да
и сами
порь] обравова]1"ись
воледствие
кондецсации
вакансий.
Фп
счед' чт0
ансам6ль
шшор'
со3данньгх
механическим
путем'
}{апример
при
прессовании
поро|шков'
будет вести
себя
совсем не
1ак'
.ка'{
те' которь]е
образовались
вследствие
конденсации
вакапсий. |!ервьте
будут
участвовать
в истиц-
||ом
сшекании'
с0пров0}}{дающемся
усадкой,
а вторь1о'
ко-
торьте
являются
(преципитатнь1ми))'
т.
е.
выпав1пими
и8
раст.вора'
будут
участвовать
в
(преципитатном
спекании).
Автор
т0рмина
(прещипитатпое
спекание)
почему-то
счел'
т]то
дви}кущие
силы' 1{оторьте
офсловливают
пере_
распреде.]1ение
пустоть1
ме}кду
[[орами в
реж{имо
внутреп-
}1его
спекания'
будут
ра3личньтми
для
пФР,
со3дапнь]х
мех-аническим
путем
и
совокуп]10стъ1о
объединив:шйй}€.[
Б&.
кансий.
Б
шером
случае
_
это
ра8личие
равновесных
ков-
цетттраций
вакансий
вблизи
пор
рааного
размера'
а во
вто{
Ро}{
_
стремленио к
умень1шению
поверхвоотп0й
ацергии.
3аблужденио
очевидно'
так как
имеппо иабыточнай
по.
верх]]остпая
эЁергия
]1
определяет
существование
различ-
но[т
равновесной
концентрации
вакапсий
ъ6лпзуу
пор
раз_
ног0
ра3мера:
именно
ато
и
объяспя6т'
почему
раствор
ва_
кат1с]11"1
};
ре1шетке
по
отно|шевию
к
одним
порам
будет
пересь1ц1ег]'
а по
отно1шению
к
другим
_
не}1ась1щен.
|10
Б
доказательство раву1\[ности
идеи прецишитатного
'спе-
1(ания
автор
ука3ь]вал
на
то' что
реальцо
наблюдающи!|с*т
процесс
уплотнения
пористых
шросоовок
(реиь
идет
ше о
кривь]х
усадки'
а
об
и3мецении
собственно
порттстот}
структурь:)
в существен}1ь1х
чертах
отличаотся
от
шред-
скаваний
<.}1(-теории>.
3то
сопоставленио
фактов
с
теор11-
ей, тотттее
говоря, цесоответствио
фа:стов
предсказания1'1
теории'
обоуэкденное
в статье
автора
идеи
(преципитатно-
"о
6,ека'ия})'
ъне]:1не вь1глядело
очень
убедительно'
если
пренебрвь
пр'
Б акошериментах
с
реальнь1ми
прессовками'
конеч11о
ж{е'
в чиотом
виде
шельзя
ваблюдать
ни внутренвее
спекание'
пи образование
поверхностнь|х
беспористых
корок
в
духе
<)16-теории>.
Ёельзя
т|отому'
что
теория
построена
дл'!
кристалла
огра1!иченпь1х
размеров
(есть
поверхность!),
в
котором
порь1
_
единствепньтй
признак
11еравновеснос-
ти.
Ёо именво
эта'
в
и3веотном
смысле
модельная
теория
дала
!1ам
возмо)кность
разобраться
в том'
о
чем
расска3а|{о
в очерке
<<8нутреннее'
оно
}ке
вцо1шнео
спекание))
и
что
соответс1вует
условиям'
имеющимся
в
реаль_]1ой
прессовке'
Бспомицается
часто
цитируемая
мысль
3йншлтейна,
тто
яет
вещи
более
практитной,
чем
хоро111ая
теория'
||осло
того
как
учтена роль
вщгтренпих
стоков
в
про_
цеосо
спекания'
становится
отчётливо
ясной
огромная ва)1{-
пость
<]1€-теории)
и безооновательнооть
разделония
опе-
кания
на
ис!инцое
и
иллю3орное
((проципитат1]ое)'
Рассказанное
о
судьбе
преципитатпого
спекания
ста_
новится
тем
более
курьезпь|м'
страБяым
и
поучитольнь1м?
что
продставление
о
нем
пь1тался
ввести
в 1{ауку
круп_
нътй
увеньтй,
имеющий
основополагающие
заслуги перед
физикой
спекания.
^
1{ак
это
мотло
произойти?
|]очем г
пь11ался?
[1с!тему
заблудилоя?
}1е
могу
точно
ответить.
Разве толь1{о
умест'
по
напомнить'
что науку
делают
}1(ивь1е
люди'
которь1м
т|]{_
что
челов0ческое
не чу}т{до:
ни
доброоовестнь1е
заблу;кде'
ния
честного
ученого'
ни изли111ний
аварт
в
пылу
:таутной
дискуссии'
ни
да)1{е
(нас
во3вь1тпающий
обман>,
которьтй
врем.е11но
можот
ока3атьоя
дороже
((тьмь1
пи31{пх
истип)'
м\
Растшттрение
порттстой
областпг
'
Б
наштет?
лаборатортти
бьтл поставлен
такой
опь:т' Б
ци-
лит!дре т:з лтттой
и прокованной
меди вь1сверлили
несквозътой
цил!.1]]др'1ческттй
нат:ал' а в него
запрессовали
не]\,'ното
мед_
|{о]'о поро1шка;
ватем
цилиндрическое
отверстио
бьтло
плот-
т'о
3акупорет1о
медной
пробкой.
||оро:пковая
пористая
г|рессовка
оказалаоь
со
всех
сторо}1
окру;кенной
беспо_
ристой
медью.
3тот образец подвергали
изотер}!ическому
отж{}1гу.
||осле
отн{]лга
исследовали
его
структуру в г|ло_
скост]1'
перпешд!1кулярной
оси
цилиндра.
Б описьтваемь1х
опь|тах
бьтл
обшаружен совсем неон{иданньтй
эффект.
Фка_
залось'
1'{то
ес'11д
в
!{ачале
от}кига
порьт
были
ли1]]ь в
по'
рош:ковоЁл
яасттл
образца'
то после
от}кига
они обнаруэки_
вались
|{ в меди'
которая
ранее
бьтла
3аведомо
беспористо!!.
]\4ожно
бь:ло бьт
зашшодозрить'
что
в
беспористой_
чаотг:
образда
при отж(1:ге
цоявля1отся
порь] в не3авис}1мости
от
!таличия
ил1!
отсутствия
(пористого
соседства)).
Фтжсига_
лаоь л}1тая
п{едь'
в |!оторую
доро1пок
не
за1]рессовь1вался.
Б
этом
случае
с
медью
происходило
все
то'
что
дол'кно
бьтло
происходить:
вследствие
рекристалди3ации
увел]{чи-
т,ались
зер}{а'
а
то'
что
происходить
не
дол}1{но
бьтло
_
но
||роисходило:
порь]
це появлялись.
йтак,
мо)1{но
бьтть
уве-
ре}{нь1м'
что
г]оявление
г]ор
в
беспоргтстой
меди'
которая
отн(игается
р.
контакте
о пористой
медной
прессовкой,
_обусловлетто
фактом
соседства:
порь1
как
бь: шерБселяютоя
]{3 прессовки
в
.литую
1\,|едь'
г]ористая
область как
бь:
рас_
1ширяется.
1
Рсли
гтзложенцоо.
представление
об эффекте
состоя_
тольно' то в
шроцессе
рас1п}тре{1ия
пористой
области
пол_
ньтй
объепл пустоть|
дол}кен
оставаться
неизмецнь|}1'
а
есл!]
]:|
процессе
от?кт1га
происходит
так)к.е
и спека}|ие'
то
и не_
п{11ого
умет1ь1шент1ь]ш{.
|!оследнее
предска3ание
эксгтери-
ме]тталь11о подтверн{дается.
|{ри
осмьтслении
о|1исант1ого
явления
в''а'|ле
хочется
усмотреть
аналогию
с
рас11]ирсшпем
га3а
в
пустоту'
упо_
до6ив
л]{тую
медь
свободной
от пор
пустоте'
в
которую
п{огут
перомещаться
порь|'
подобно
тому'
как
в
пустоту
перомещаются
атомь|
газа.
эта
аналогия хотя' вооб1це
го_
воря'
и не
лтд1пена
основания'
отрал{ает
ис{1еза-
,ош(о 11алосуществеппь1Ё:
вклад в
ист11|1ную пр!'1ч11]]у
рас_
0
6оответствующу1о
иллюстрацию
ом. па.вклейке.
,!12
11]ирения
пористой
облаоти.
||онять
-эту
прич].4ну
удобнее
всего'
обоун*дая
во3ра}кения'
которь1е
вь1звали
опись|вае-
мь1е
опь1ть1
у
многих
фшзиков.
Бозражсалтт с
трибун
копфе_
ренций,
в кулуарнь1х
дискуссиях'
на
страницах
солиднь!х
}курналов.
Фдно из
возраэкений1
на первьтй
в3гляд 3вут:д''
,,*-
дельно
убедительно.
Фппоненть:
оцубдиковали
статью'
в
которой
сообщили, что сами
добросовест}1о
повторили
опь1ть|
авторов'
наблюдавтших
эффект,
но эффекта
не
обна_
руж(или.
Б литом металле
он11
не
увидели
цор
и ли]пь
обратили
внимание
на то'
что с
помощью
электронного
микроскопа
в нем \{о}кно бьтло
обйару}к|{ть
скопление
вакансий
в
форме
вака}{сионнь1х
дисков'
}{оторь]е'
схлоп_
нув1шись'
превратились в 3амкнуть}е
д{,1сдокац|1о}1нь!е
линии.
[ислокации
есть' а
пор
нет!
,(рутое
возраж{ение исходидо
от теоретика.
Фн
рас_
сужсдал так.
?е круп|1ь|е
порь1' которь1е
с шомощью
опти_
ческого
микроскопа обнаружсеньл
в литой
меди'
некогда
должнь1
бь:ли
бы быть
очень
маденькими' 3ародь!1шевь1ми'
мень1пими' чем
те' которь|е
имеются в объеп|е
поротшковой
области
составного
образца.
А это означает'
!|то
концент-
ра'ция
вакансий
вблизи
пор'
3ародив1пихся
в
сп.цо:шной
меди'
дол}{(на
бьтть
боль:пей,
чем
средняя
концентрация
в объеме
поро|пновой
прессов|{и.
А это
й свою
-очередь'
расоу}1(дал
теоретик'
о3начает'
что не
мош(ет бьтть 1{а-
правлонного
потока
ваканоий
и3
пороц|товой
в
сплотшнукл
тастъ образца'
т.
е.
не мо}кет иметь
места
направленньтй
перенос
пустоть1'
которьтй
привел бы
к
уменътшению
объе-
ма пустоты в
шор!л9той
чаоти обра3ца?
и
формирования
новь1х
пор в спл0тттной.
ФппоЁент-экспериментатор
как будто бьт прав, аргу-
ментируя
фактамй.
Фппоттейт-теоретик
1ож{е
как'
будто
прав'
рассуэкдая
форш:ально
строго'
основь1ваяоь на
самь1х
общих
сообра:нениях'
которь1е
:*ак
будто
6ь: оп:ибочньтпли
бь:ть
тте [|огут.
}
авторов, опу6ликовавтпих
сообщение о
рао1ширенид
пористой
области,
положение слож{]тое'
почти бевнаден*-
ное: эксп0риментаторь1
опровергают их
факта}1и'
а
теоре-
тики
_
формальпой
логикой.
14 все
же
на
повер1{у
ока_
залшсь
йравыми
1те
оппоненть1'
а авторь1.
здось
уместно
вспомнить'
что академик
,1|андау
на овоем
Ёнамевитом
семинаре
в пачале горятей
дискуссии
любил
охла'|(дать
споря]цих
часто повторяемой
им сентенцией:
автор
обьтч'
по прав'
разберемся|
$}
{
и3
[авайте
разберемся
в
существе
эффекта
и мь!'
молча-
ливо
предполагая'
что
правота
авторов
1{е исключе[!а.
1еоретик, ко1{ечно
}ке'
прав:
еол*т бьт' еди}|ственнь:й
пара_
метр' определяющий
кот{центрацию
вакансий
вблизи ппорь1'
которая
3аро}кдается'и
растет
в сплотшной
меди,
был бьл
ее
ра:}мер'_
]!икакого
шереноса пустоть1
бь:ть
не
могло.
/|ело,
одпако'
заключается
в
том' что в литой
части
со-
ставного обравца имеютоя
микроскопические неоднород-
ности' где
заро}кд€цие
порь] мо}кот пропсходить
при
практически }{улевом
пересь|щешии вакапсиями.
Б
эти
локальпь1е
неод}{ородпости'
роль
которьтх могут
играть
микроскопические
трещи1!кш'
пересечение гранпц
3ерен
или
границ
мозаичнь|х блоков и
другие'
вакансип при са_
мом не3цачительном их избь:тке будут свободдто
шровалп-
ваться. 1ак как в пористой области ко1{центрация
вака1]-
сий заведомо.
повь1]пена
и8-3а того'
'что
в пей
'мно'|{ество
искривлеппых поверхноотей,
с
необходимостью во3викнет
поток вакансий
в
бесшористую часть' а там'
проваливаясь
в
стоки
_
неодпородности'
вакацоии будут
образовьтвать
поры.
|[роисходящее
здесь
3римо
папоминает т&кую кар-
тишу.
(
г0рки
в
долдву
стекает
вода'
и' если в
долине
имеются ямки'п
лоэкбиньт,
в
ней возник1!ут
;|у}ки.
Бода
те_
чет тодъко с
г0ръ|.
}1
вакансии
те}{ут с того
тп!астка'
где
их больтше,
ш обравуют порь1
_
(вакапсиопшые
луж{ицъ1).
Бовра:кения тёоретика как будто
бш
могут
6ыть обой_
дены.
Фбратимся
к вовра)1{ениям
экоперимевтаторов.
Б их
опытах
поръ| в беошористой
тасти
обра3ца
пе возникали.
}{ичего
стра1пного'
11фочащего
эффект''в
этом нет.
|[росто
опи'
видимо,
9кспершмвнтировали о 6еспористь1м
металлом
высокой
степени совер1певства'
в
их
долино
не
6ьтло ло:к_
бинок,
вакапсиям
ногде 6ыло собираться
воедино.
}(онт-
рольнь|е
опьттьт'
в которьтх
преднамерецно
и3менялась
сте_
пень
совер|пенства
структуры сплотшното
металла
в
состав_
пом обравце'
впол|1е
подтвер}кдают
ивло'конное
толкова_
нпе опь1тов
оппоневтов-акспоримевтаторов. Ёстати, хоротшо
вчить|ваясь
в их
статью' мо'кно найти не
только
опро_
вер}кение'
11о и
подд0рж(ку
первооткрь|ватолей
эффекта.
Фнтт
ведь
сообщают'
что
в бесшористой
части
составното
образ-
ца
формировадись
дислокац]{он11ь|е
петли' свидетельствуто_
щие
о том'
что
в эту
часть
имел
место направле|{нь:й
по-
ток
вакансий.
Ёо именно это
и
утверж{дал0сь
в
самь1х
пер-
вых опь1тах. А
вопрос
о том'
возникнут
ли
вака'тсиопт1ьте
дшс1{и'
которьте' схлопьтваяоь'
превращаются
в
ва]{ансио]т_
нь]е петл}1'
или }ке
воз1]и1{нут ма|{рос1{опическ!1о порьт
''
114
это
вопроо
реальной
отруктуръ1
спло1п]1ото
металла. Бопрос
не принципиальнь:й.
|[ринципиащьно
иное:
если
в
образце
имеется
неравномерно
распределенная
пористость'
в
пем
дол)кнь1
во!|никнуть
направле11ньт8
потоки
вакансий,
на-
правлевньтй
ттоток
пустоть1
-
из
болео
пористой
в
менео
шористу1о
тасть
образца.
контАкт
Б этой главе
речь
будет идти о
контакте
меж{ду
|{ру_
пи}1камш
одЁого и того
}ке
вещеотва. Ф контакте
ра3но-
име|{|1ь1х
веществ
_
в
другой
гдаве.
Ф6ласть,
примьткающая
к
контакту
ме?1{ду
двумя
поро1ш'шЁками'_
арепа, на которой
одвовременно
разь1г.
рь1вается
мно}кество
цроцессов.
(
одной труппой
процес.
сов
мь]
у)*{е
3накомь}' оци
сошшрово}1{дают
диффузионньтй
транспорт
вещества в область
контакта.
3десь
;ке в
основ.
цом.
о тех процессах!
которь]!е сопутствуют
т1ластическому
транспорту
того ж(е вещества в область
того
,це контакта.
}1х
исследование проводилось главнь]м
образом
в 60_70_х
годах.
Расскаэку о
них'
помпя' вто
обсужсдая
пластический
перенос
массь1 мше-' [(ак и прежде'
надлежит
отве1тать
все
на
те
же
вошросы: <потему?л и
скак?>
Фцьттьт
профессора .}1енела
(оглас.лте
ре3ультатов
модельных опь1тов
с
диффузион_
пь|ми представ.цениями о
процессе
опекания
со3давало
ощущение
благополутия
там' где
истинного
благополучия
ве
бь:ло.
3то ощущение
омрачалооь
мь1слъю'
что
диффузп-
оцнь]е 1]редставления
ка}кутся
недостатоттнь|м]1
для
о6ъяс-
пен|{я
болътшой
скорости
усадки
поро1пковых
прессовок
на
[{ачально11 этапе
процесса.
Бсл:т
ра3ре1ш]дть
себе
ненауннуто
термипологию'
то
чувствовалась
потребнооть в механивме'
которьтй
был
бь:
способен
обусловить
более
бь:стрый
пере}10с массы'
тем
дйффузионньтй.
Бстественно, мь]сль
дол}кна
бьтла обратиться к
поискам
возмо:квой
!оли
пл8.
стпческого
течения.
3ти поиски
тормозилиоь запрет0м',
которь:й
содерж{ался
в
соображениях
!,ерривта
о не[о€та.
то.тностй
для
пластичностп
напря}1{ег{ий,
о6условлентть1х
]тс](ривленностью
поверхности.
!{
|!
115
3
середилте
60-х годов
6ьтли сделаньт
некоторьте
попь[ткп
обнаруэкить
роль
пластичцости
при
спекаший
в
условиях
модельного эксцеримента.
|[ервым
эту
попь1тку
предпри_
ттял профессор Фриц
.}1ене.тт
с
сотрудниками.
Ёе-
расйо.
лагая
исчерпь1вающей
и
убедительной
мотивировтсой
в
постановке
своего
опь|та'
он;
попросту
говоря'
попь|тал
счастья' попробовал
наудачу
(схватить
бьтка
за
рога>.
Рас_
су}1(дал
он
примерно
так:
если
в3аимно
припекать
два
со_
вер|шенно
одиваковь1х
монокристальнь|х
!пар!1ка
и
ес.|1ц
пластическое
течецие
_
процесс
ре.альпьтй,
то
скорооть
рос-
та контакт|{ого
перешейка при
прочих
неиз}|енсннь1х
усло_
виях
дол)1(на
3ависеть
от
в3аимной
ориентац1{и
тшариков'
так как
пластическое течение
легко
происходит
в монокрш_
сталл0
ли1пь в
избранг:ьтх
направ.т1ениях.
.1]енел
поставип
ошь1т о
[||арикап[и
из монокристаллов
цинка'
у
которь|х
есть
одна-едицственная
выгодная
плоскость
пластического
сколь)1{ения'
и цолучил
предполагавшлц:?ся
ре3ультат:
ме}к-
ду
1париками'
ориеЁтированнь|ми
благоприятно
для
осу-
ществления
пластического
течения'
обра1овьтвалоя
конта1{_
тный перетпеек'
почти в-три
раза
более
птирокий,
тем
метк_
ду.
теми
]париками' которь1е
ориентировань1
ма!{симально
неблагоприятно. этот
ре3ультат
.}]епел
дополнил
алектрон.
но-микроскопичоскими
исследования*гл
ц
убедился
в том'
что
в
11роцессе
спекания
в 3оне
контакта
отчетливо
видво
11еремещенио
дислокаций.
Ёонент]о
же''
было преэкдевре_
мецно'
ооновь1ваясь на опь1те
профессора
.[[епела,
утвер_
ждать' что
пластическое
течение
в
3о!{о конта](та
при
с|]е_
кании неопровер}тсимо
дока3ано;
возмо?кностей
о:пибиться
в эксцеримецте всегда
много'
поставить
безупретный
аксперимент
оче:1ь
слож1{о.
0ти
опытьт' одвако'
явилиоь
добрыпя
началом поисков шричин
и
механивма
пластическо_
го
точения
в 3оно ковтакта.
1|ласт:пчность в
3оне
контакта
[ля
того чтобьт путь
к
цели
6ьтл
покороче'
.попро-
буем нанать
издалека.
3то зпатит,
забудем
]1ока
о том' что
ицтересует
цас контакт
ме}|{ду твердь|ми
крупинка[{и
д
шредотавим
себе
две
сопрцкоспув1шиеся
}кидкио
капли.
Фни, копетно
же'
вачпут сливаться.
Бмкоо
с'1ово
_
сливаться. [1а
разных
этапах
процесса
ово вашол1тено иным содер'1{ацием.
Ёа
том вачальном
эта_
пе' когда
капли
уже
соприкоснулись'
но
ка}кдая
из них
еш{е
сохраняет
сво[о ишдивидуальцость'
слияние
_
это
вот
|10
;
']
1
1
1
|
;
)
1
!
!
|
!
что: площадь
ко1{такта
меж{ду
каплями
увеличивается'
рас-
стоя}}ие
ш|е}1{ду их
центрами умець1шается.
Бсе пр0исход|[т
так' словно
капли
друт
к
другу
цри}1{имает
сила.'
Фна совсепл
не
условная
эта сила' а истин|1ая.
|!опро-
буепл внатале
понять
ее происхо}|{децие,
а
уж{
затем
и
оце-
нить ее
величину.
|[роисхо:т*дение
силь1
очевидно.
[1рш образовании
кон-
тактттой
площадки
радиусом
, ме}1{ду
двумя
каплями вь1-
игрь1вается
э|]ерг!1я
=зтх"[ц.
Б слунае ,кидких
капель'
когда
их
слияние сопровон{дается
исче311овением
двух
участков
шоверхностгт, ка:кдьтй
и3 которь1х
равен
тт,|', вел![-
чина
Ас:2о. 3ту энергию мон{но
представить
как
работу,
вь1полненную
шри'*{имающей силой
/*
на
шути
}.
(ледова-
тельно'
Р":пх'Ба/},
а
так как
/ъ=у2/2Р, то
Р^:2лР6а.
}:[пдексом
<к> г|ри букве
1
подчеркпуто'
что сила
/.
_
ка-
шиллярного происхо}кдения.
Б
моем
расска3е'
идея которого'
надеюсь'
не противо_
речит
интуиции
читателя'
нет ничего
специфитески
(}кид-
кого).
3то значит'
что
две
сошшрикоснув]циося
неж{идкие'
а
твердь1е крупин]{и
тож{е
дол}кны друг
к
другу
при}1{и-
маться
с
той :ке силой
Р,,.
Ёеобходима
ли]ць'одна
оговорка
или'
дуч[це'
уточнение:
с
твердь1ми круппинками
все
6удет
т|роисходить
так
}ке'
как и с }кидкими капдями'
если'
как
и
в
спучае жидких
капель' соприкооновение твердь!х
соп-
рово}кдается
исчезновец1гем
э}тертттл
[а.
Б
данном
случаё
величица Ас
равна
не
2а,
а
2о.-а",, где
с[лр
_
поверхност_
ная
энергия
грациць]'
образовав:пейся
меж(ду
крупин-
ками.
Ёачав издалека'
мы'
по)калуй,
ужсе
при!цли
к
цели'
вь1яонив' что
две
сопршкос]1ув|циеся
твердь1е
крупипки
будут под)киматься
друг
к
другу
силой 1^.
А
еоли
дело
обстоит
так'
то ато
значит'
что в 3оне контакта
долж{ны
во3н11кш)/ть папряжения
л"2пп
о"
=
_4-
_
-,,
Аа
-
-_;-
.
"
л1: !1
9то
моэкет
сила Рк' со3дающая нашря}кение
о*!' Бо_пер_
вь|х'
упруго
смять
две
крупипки в контакте.
Бо_вторых,
под
вдиянием
нашря)1{епий
о' в
ковтактной
зоце
осущест.
вить и
цдастическуто
деформацию.
}(ак
шть:
у'ке
вваем' минимальцое
напря)кение' которое
для
этого гтеобходимо, 6,,е6\|а.
}1а
условия
о*)6,, 6,д6_
'11
дует
оценка
величинь1
(а/Р),,"
до
которой может
осущест-
вляться
шластич11ость
в 3оше ко|1такта:
|
"\'
.^
2Бо
\?/",
<-'сь
'
Рассуапдения' использованпь1е
для
получения
оцепки
(л|Р\",'
ш пприведтшио
ттас.к попимаЁию
возмо}т{ности
шла_
стического
теч0пия
в
зоно
контакта' существенно отлича]
ются
от
давни1пних
рассуждений
)(ерринга' и
вот в
чем"
Ёапомпю,
)(ерринг
полагал' что
вапряжепия'
возник[шие
вблизп
искривленной
поверхности
шере11:ейка'
радиус
крививньт
которого
г'
локали3уются
в.о6ласти
о
тем
же
линойпь1м
размером.
?1менно
поатому
рож{даться
допж{нь|
дислокационнь]е
петли малого
радиуса
^,г.
именно поэто-
му
и
во3никло
не
удовлетворяющееоя условие'
появление
пластичшости:
а>Ё6.
Ф6 втом
ранее
бьтло
рассказано
в очерко
о6 оцетттсе
[еррив-
га. }!аши
рас0у'кдения
ооповань] !{а естественном
пред-
сзавле|!ии
о
том'
что
под
влиянием
нашряжения
ок-[|/0'
Ёсегда найдется
такое
малоо
$'
прл' }{отором б*}б,л и
пла'
стичность
окажвтся
возмоэ*сной.
1ак
как
Аоэ:!!0'
дпн/ом,
6с*5.1011
дпн|см2,
а }д:
-3.10-8
см'
то [ш'астичность
может
происходить
до
тех
пор'
пока
(*)',<
''-'.
Аля
пас
сейчас
ва)жна не
точная
оц0нка
предель1того
зна-
чения
(о/Р)",,
а
понип!авие того' что{в
области контакта
по
малой шлощади
может
прои_оходитъ
пластиче6тс@@
8м[-
тие
контактирующих
частиц.
$огда
?!{о
стошень
омятп'я
механизмом
1ш1астического
течения' харат{торив}емая
во.
личиной
(п/Р)"',
достигает
предельной
величивьт'
рост
ко|1такта
дол?кен
оотановиться.
0то,
если темпера-
тура визка'
а
пластичвость
-
единотвевт1ьтй
механи3м
п0-
репоса
массь1.
А если
температура
вь1со1{а' то
вступит
й
действие
мехат1ивм
диффувионного
переноса
массь1.
Ро
даже
шри
вь1сокой,
даже
при
ттредплавильнот"т темпе!а-
туре
этот
механи3м
может
обеспеч:тть
вначительно
]|(онь.
1шую
о|{орость
форпгирования
т{онтакта' чеп! }теханиам
пластического
течения.
{1в
.[[, пожалуй' вря
так
четко
разделяю
механизм
шласти_
ческого
и
диффузионного
течения.
1![о;тсет
сло}киться
си_
туация
_
и она вполне
реальна'_
когда
оба
эти
механи3мы
{-ействуют
в сотрудничестве.
Физики
говорят
так:
само_
ё6гласовано.
11риведу конкретный
пример
такото
согласо-
вания.
Б процессе
пластического течения
могут
образовьт_
ваться
3амкнуть1е
дислокационнь1е
линии' так
назь1ваемь[о
дислокационнь1е
петли' ограничивающие
участки
избьт_
ботной,
внедренной
атомной плоскости.
Фна
мо:кет
исче3_
фть,
рйствориться'
так что
атомь]' из
которь1х
состоит
утасФок
плоскости'
диффувионно
будут
тведевь.1
в сторо_
ну
от места'
гдо
происходила пластическая
деформация.
(амосогласовани0
состоит
в
том'
что
дисло$ационные
пет_
]|и во31тикают
механизмом
пластичпости' а исчеза]0т
меха_
йизмом
диффузионного
массоперенооа.
}(стати,
о
полученной
оценке
величинь1
(а/.Р),''.
(а_
я{ется
странг1ь1м'
противоречащим
интуиции'
что величина
ата зависит только
от констант
вещества и
}1е 3ависит
от
ра3мера
крушшиг]ки.
}{азалось
бьт'
такая
зависимость
дол?т{_
на
бьтть: 1парики
помень|ше
дол?кнь1
легче внедряться
в
подло}кки. Более точнь:й
апализ яЁления
самоинденти_
ровапия
подтверждает
интуицию.
Ёа
первьтй в3гляд
аффект оказь|вается
1!|аль]]!{]
если
радиус
крупинкт! и3ме_
вить
в
десять
ть1сяч
ра3_от
Ё:10-| см'до
.Р:10-,
см,
величйна
(*|Р)",'
увеличивается
всего
в
3
раза.
|[о
срав-
нению
с
десятью
тьтсячами
это'
равумоется'
не
},1ног0.
Б
действительности'
од1{ако'
эффект в0лик' я бьт
сказа;т,
при}1ц!1пиально
велик;
когда
(п/Р)""'
достигает
э.5.10-',
основная
усадка
поро1пков'
обеспетивающая
уплотвенио
прессовки оче}1ь
дисперснь]х
поро]пков' может
бьтть обес_
пече}1а пластичностью.
[[{так,
вьтрисовь'ваетоя следующая картина
формирова.
}|ия ме}кчастит{т1ого
контакта: вначале
с
6ольшой
скоро.
стью
формируется
контакт
механизмом
пласти:|ности'
а
за-
тем
1\[едлонно
раврастается
механи3мом
диффузионвого
переноса
массь1.
Фна, эта
картина'
вь1рисовь1валась
после
того' когда
гип}|оз
оценки {,ерринга'
относящийоя
к ков_
такту'
бь:л
рассеян
экспериментаторами.
|1о:калуй,
иа аналогии
(жидкая
капля
-
твердая
кру.
пинка) }{ь|
ваимствовали
все
возмо)кноо.
}
вао'
однако'
не1
оснований
быть
увере}{нь1щи
в том'
что авалогией
истер.
пано
существо
проблемьт. Более
того'
есть
основания
по.
дозревать'
что
дело
обстоит
1{е так и
в плоскости
контак-
та
.(крупин1{а_круп1111ка)
мотут
возникать
напря}кения
{19