Термины, связанные с цементом. Деформации кручением

Главная --> Справочник терминов

Деформации кручением * Перемещение надмолекулярных структур в плотной массе полимера может осуществляться по механизму, близкому у дислокационному. В этом смысле существует аналогия с механизмом деформации кристаллических полимеров.

кономерности релаксации напряжения и ползучести имеют в кристаллических полимерах определенную аналогию со стеклообразными полимерами. Разница обусловлена как различиями механизмов деформации кристаллических и стеклообразных полимеров, так и значительным содержанием аморфной части в кристаллических полимерах, что обеспечивает повышенную деформируемость кристаллических полимеров и меньшую хрупкость. При получении ориентированных полимеров возрастают прочность и модуль и снижается хрупкость.

Кристаллические полимеры под влиянием приложенного напряжения могут подвергаться значительным деформациям (до 1000%). В течение длительного времени полагали, що деформация кри* еталличсских полимеров (например, полиамидов) носит в основном необратимый характер, Т- с. обусловлена развитием процессов течения^ Это заключение основывалось па том, что растянутый образец полимера при нагревании выше температуры плавления lie восстанавливал своих первоначальных размеров. Однако это не является доказательством необратимого характера деформации полиамида, поскольку, вследствие сравнительно невысокого молекулярного веса Этого полимера, при нагревании он переходит не в высокоэластическое, а в вязкотекучее состояние, характеризующееся необратимыми деформациями, Нсли образец полиамида после вытяжки при комнатной температуре обработать формальдегидом, то вследствие образования пространственной сетки он при нагревании переходит не R текучее, а в высокоэластическое состояние, и холодная вытяжка оказывается полностью обратимой. Следовательно, большие деформации кристаллических полимеров могут быть и обратимыми.

Полимеры, способные к кристаллизации, обладают больщей частью высокой температурой плавления, а поэтому яря комнатной температуре их легко получить в кристаллическом состоянии. •Однако при быстром охлаждении расплавь! кристаллизующихся полимеров переходят в стеклообразное состояние. Температуры их стеклования всегда лежат ниже температур плавления, причем у одних полимеров Тс ниже комнатной температуры (полиэтилен, полиамиды, поливипилиденхлорид и т, д,), у других — Тс выше комнатной температур^ (полиэтплентсрефталат, изотактический полистирол). При деформации кристаллических полимеров (так же как и некоторых стеклообразных) при определенной величине приложенного напряжения в образце внезапно образуется участок со значительно уменьшенным поперечным сечением — шейкой (стр. 211).

Кристаллические полимеры под влиянием приложенного напряжения могут подвергаться значительным деформациям (до 1000%). В течение длительного времени полагали, що деформация кристаллических полимеров (например, полиамидов) носит в основном необратимый характер, т. с. обусловлена развитием процессов течения. Это заключение основывалось па том, что растянутый образец полимера при нагревании выше температуры плавления не восстанавливал своих первоначальных размеров. Однако это не является доказательством необратимого характера деформации полиамида, поскольку, вследствие сравнительно невысокого молекулярного веса Этого полимера, при нагревании он переходит не в нысокоэластическое, а в вязкстекучее состояние, характеризующееся необратимыми деформациями. Если образец полиамида после вытяжки при комнатной температуре обработать формальдегидом, то вследствие образования пространственной сетки он при нагревании переходит не н текучее, а в высокоэластическое состояние, и холодная вытяжка оказывается полностью обратимой. Следовательно, большие деформации кристаллических полимеров могут быть и обратимыми.

Полимеры, способные к кристаллизации, обладают большей частью высокой тедшературой плавления, а поэтому нрн комнат-ной температуре их легко получить в кристаллическом состоянии. •Однако при быстром охлаждении расплавы кристаллизующихся полимеров переходят в стеклообразное состояние. Температуры их стеклования всегда лежат ниже температур плавления, причем у одних полимеров Тк ниже комнатной температуры (полиэтилен, полиамиды, поливинилиденхлорид и т, д.), у других — Тс выше комнатной температуры (полиэтплентсрефталат, изотактпческий полистирол). При деформации кристаллических полимеров (так же как и некоторых стеклообразных) при определенной величине приложенного напряжения в образце внезапно образуется участок со значительно уменьшенным поперечным сечением — шейкой (стр. 211).

Кристаллические полимеры под влиянием приложенного напряжения могут подвергаться значительным деформациям (до 1000%). В течение длительного времени полагали, цю деформация кристаллических полимеров (например, полиамидов) носит в основном необратимый характер, т. с. обусловлена развитием процессов течения. Это заключение основывалось па том, что растянутый образец полимера при нагревании выше температуры плавления не восстанавливал своих первоначальных размеров. Однако это не является доказательством необратимого характера деформации полиамида, поскольку, вследствие сравнительно невысокого молекулярного веса Этого полимера, при нагревании он переходит не в нысокоэластическое, а в вязкстекучее состояние, характеризующееся необратимыми деформациями. Если образец полиамида после вытяжки при комнатной температуре обработать формальдегидом, то вследствие образования пространственной сетки он при нагревании переходит не R текучее, а в высокоэластическое состояние, и холодная вытяжка оказывается полностью обратимой. Следовательно, большие деформации кристаллических полимеров могут быть и обратимыми.

Полимеры, способные к кристаллизации, обладают большей частью высокой тел!пературой плавления, а поэтому нрн комнат-ной температуре их легко получить в кристаллическом состоянии. •Однако при быстром охлаждении расплавы кристаллизующихся полимеров переходят в стеклообразное состояние. Температуры их стеклования всегда лежат ниже температур плавления, причем у одних полимеров Тк ниже комнатной температуры (полиэтилен, полиамиды, поливинилиденхлорид и т, д.), у других — Тс выше комнатной температуры (полиэтплентсрефталат, изотактпческий полистирол). При деформации кристаллических полимеров (так же как и некоторых стеклообразных) при определенной величине приложенного напряжения в образце внезапно образуется участок со значительно уменьшенным поперечным сечением — шейкой (стр. 211).

Большие деформации кристаллических полимеров—высокоэластические, так как они связаны с изменением при структурном переходе ориентации полимерных цепей и пачек.

Пластические деформации кристаллических полимеров, в частности полиэтилена, очень интенсивно исследовались с точки зрения изучения морфологических превращений, происходящих в материале при больших деформациях. Значительный вклад в выяснение этой проблемы связан с работами Келлера с соавторами, Петерлина, Гайла и других [61—63]. В настоящее время вполне очевидно, что по мере увеличения пластических деформаций на различныхморфологических уровнях совершаются коренные структурные превращения, приводящие к переходу от сферолитного к фибриллярному строению материала. Процессы молекулярной переориентации оказываются очень далекими от афинности или псевдоафинности и включают как один из структурных элементов двойникование *. При этом кажется весьма удивительным, что для понимания особенностей поведения полимерных материалов оказываются применимыми представления об анизотропии среды как континуума, хотя эти представления должны были бы существенно модифицироваться с учетом реальной структуры полимера,

Настоящая глава посвящена обсуждению способности полимерных материалов претерпевать большие деформации. Это свойство определяется термином «yield», который будет переводиться как «пластичность» или «теку-яесть» в соответствии с тем смыслом, который придает ему автор данной монографии, равно как и многие другие авторы. Между тем важнейшее значение для понимания рассматриваемого явления имеет то, что большие деформации в твердых полимерах носят в принципе обратимый (а не пластический) характер. Это полностью относится к большим деформациям, создаваемым при растяжении аморфных и кристаллических полимеров ниже температуры стеклования, и в значительной степени к деформации кристаллических полимеров во всей температурной области, практически вплоть до температуры плавления.

Деформация кручением под высоким давлением. Установки, в которых деформация кручением была проведена под высоким давлением, впервые были использованы в работах [20, 21]. Их конструкция является развитием известной идеи наковальни Бриджмена [22]. В первых работах эти установки были использованы для исследования фазовых превращений в условиях интенсивных деформаций [20], а также изучения эволюции структуры и изменения температуры рекристаллизации после больших деформаций [23]. Новым и принципиально важным моментом явились доказательства формирования наноструктур с неравновесными болынеугловыми границами зерен при использовании интенсивной деформации кручением [3, 8, 12], что позволило рассматривать этот метод как новый способ получения наноструктурных материалов.

Рассмотрим вначале механические аспекты интенсивной деформации кручением. При деформации кручением под высоким давлением (рис. 1.1 о) полученные образцы имеют форму дисков.

структуры, но и как метод консолидации порошков [25-31]. При этом обнаружено, что высокие давления, равные нескольким ГПа, при деформации кручением при комнатной температуре могут обеспечивать достаточно высокую плотность, близкую к 100%, в получаемых наноструктурных образцах в форме дисков. При этом для получения таких образцов консолидацией ИПД кручением могут использоваться не только обычные порошки, но также и порошки, подвергнутые обработке в шаровой мельнице.

При этом анализ темнопольных изображений показал, что наноструктуры в Ge и Si характеризуются нормальным распределением по размерам зерен со средним размером 24 и 17 нм соответственно. Изучение электронограмм, снятых с площади 2мкм2, выявило концентрические кольца, состоящие из многочисленных точечных рефлексов. В то же время в Ge и Si при интенсивной деформации кручением под давлением 7ГПа, происходили полиморфные превращения. Так, в Ge наблюдали появление тетрагональной фазы с кристаллической решеткой типа P4s2i2[74],a в Si — кубической фазы с кристаллической решеткой типа 1аЗ [75].

В металлокерамических композитах применение метода ИПД также приводит к формированию наноструктур. В частности, одним из способов получения композитов является консолидация металлических и керамических порошков по схеме деформации кручением. Недавно в работе [29] подробно исследовали типы наноструктур, полученных консолидацией ИПД микронных порошков Си и А1 и нанопорошков ЗЮз и А^Оз- При этом были получены объемные образцы нанокомпозитов, имеющие средний размер зерен 60 нм в Си образцах и 200 нм в А1 образцах и плотность выше 98 %.

Рис. 1.16. Микроструктура композита А16061 + 10%АЬОз после деформации кручением

На основании анализа процессов эволюции микроструктуры и измерений микротвердости авторы [23] исследовали последовательность структурных превращений в процессе интенсивной деформации кручением. Они показали, что в случае исследованных материалов с высокой ЭДУ (Си, Ni) по мере увеличения степени деформации до истинной логарифмической деформации е « 2 дислокации сосредоточиваются в границах ячеек и практически отсутствуют в их теле.

пики на рентгенограмме наноструктурной Си в основном описываются функцией Лоренца. В то же время доля лоренцевой компоненты при описании профилей рентгеновских пиков в исходной крупнокристаллической Си составила менее 60 деформации кручением, РКУ-прессование значительно увеличивает долю лоренцевой компоненты в форме рентгеновских пиков, что свидетельствует о формировании специфической дефектной структуры.

ной в несколько нанометров и центральные части зерен с совершенной кристаллической решеткой. Искаженные приграничные зоны характеризуются также изменениями параметров решетки, что следует из данных высокоразрешающей электронной микроскопии и мессбауэровской спектроскопии (см. §2.1). Такие наноструктуры типичны для чистых металлов, подвергнутых интенсивной деформации кручением или РКУ-прессованием, когда размер зерен составляет 100-200 нм. Если размер зерен уменьшается до 10-20 нм, то дисторсии и дилатации кристаллической решетки охватывают все зерно (рис. 2.215). Здесь решетка теряет строгую периодичность и наноструктурные материалы приобретают псевдоаморфную структуру. Последнее было экспериментально подтверждено рентгеноструктурными и электронно-микроскопическими исследованиями наноструктурных металлов, полученных ИПД консолидацией порошков после шарового размола и имеющих чрезвычайно малый размер зерен (меньше 15-20 нм) [25, 100] (см. также §1.2).

Чистые металлы. Структура чистого Ni, подвергнутого ИПД кручением (5 оборотов при комнатной температуре, Р — = 7ГПа) [103], характеризовалась очень мелкими зернами равноосной формы со средним размером около 100 нм, содержащими высокую плотность решеточных дислокаций (рис. 3.1) (см. также п. 1.2.1). Сложный дифракционный контраст свидетельствовал о наличии внутренних упругих напряжений. Зерна имели преимущественно болыпеугловые границы, что подтверждается видом дифракционных картин, содержащих большое количество рефлексов, расположенных по окружностям. Эти данные находятся в согласии с результатами других структурных исследований Ni после интенсивной деформации кручением [23, 55].

Электронно-микроскопические исследования образцов Ti, подвергнутых деформации кручением (рис. 5.8) выявили в них средний размер зерен около 100 нм и болынеугловые разориентировки

Деструктивной переработки Дальнейшее уменьшение Детального обсуждения Детонационной стойкости Диэлектрические характеристики Диэлектрических характеристик Диэлектрической постоянной Диэтиламид лизергиновой Диацильных производных