Введение к работе
Актуальность теми. Проблема изучениямеханизма стеклоппнии
перехода вещества из жидкого состояния в особое состояние, ноят*-емое стеклообразным - привлекает втшание физиков, химиков и материаловедов уже многие десятилетия. Решение этой проблеми имеет большое как научное, так и практическое значение, обусловленное 'r.u роким применением в настоящее время в электронной промышленности стеклообразных металлов, полупроводников и сверхпроводникоэ, кото-
» ПРШВПЛИ Я ИЯГОТПВЯРМИИ И ПО Л«ПУ ЛЛЯИИО-ХИМИШМІКЙИ ІІПОММІ.-П.ЧМ
превосходят кристаллические.
Исследование закономерностей изменения свойств в интервале
стеклования актуально не только в связи с изучением' стекл'собраз.у' '
щих жидкостей. Но и в связи с изучением поведения,вязко-упругих '
параметров смазочных материалов в экстремальных условиях - в упру-
гогидродинамическсм'контакте трения (УГДК)* яри которых'смазопнчя'-
пленка находится в аморфном или близком к стеклообразному состоя
ниях. . . ' ,
Б интервале стеклования переохлажденной жидкости .происходит
формирование как структуры, так и свойств стекла, которые в далі
нейшем определяют его физико-химические и эксплуатационные пара
метры. При этом к таким факторам, 'влиящим на свойства стекол, г.--
соотав, температура и давление добавляется еще один па'рэметк' - пр«-
мя. Отсюда возникает задача изучения зависимости свойств сте>-'-у">-
разных сред в тенпературю-вреыеннше и баро-временннх-условия» и*.,
стеклообразования, которая в настоящее время является одной из
главных задач изучения физики хонденсировакноГ'о состояния ао'дегт?;]'
и кинетики стеклования. ....
Равновесные.свойства переохлажденных;жидкостей и ствклоойриг- , ннх сред.ранвв были достаточно подробно иесясдоепш.' во мноп
структуру етеклосбразуюцих сред, то они немногочисленны и носят
несистематизированный характер. В связи с этим вполне оправдано
црснедение'экспериментальных исследований по изучению кинетики
стеклования переохлажденных жидкостей, которые позволяют выявить
природу структурных и релаксационных процессов, а также математи
чески описать закономерности изменения вязко-упругих свойств в
интервале стеклования. % .
Для исследования*стеклообразующих жидкостей в сравнении с известными методами предпочтительнее использовать ультраакустические. , Они более'удобны и позволяют проводить измерения в широком диапазоне частот, а также комбинировать условия проведения эксперимента в Зависимости от температуры и давления в широких пределах.
Использование методов акустической спектроскопии для исследо-ракия стеклообразующих жидкостей в режимах непрерывного- охлаждения и скачка давления позволяют получить зависимость от времени таких акустических параметров"как скорость распространения и коэффициент поглощения продольных ультразвуковых волн, которые непосредственно связаны с действительной, и диссипатйвной частями модуля упругости и сравнить релаксационные свойства объектов в режимах нелинейного к малоаыплитудного линейного отклика.
До настоящего времени исследования релаксационнпс процессов б неупорядоченных средах - переохлажденных стеклообразующих жидкостях в области нелинейных структурных изменений в режимах непрерывного охлаждения и скачка давления методами акустическоГ спектроскопии вообще, никем, не проводились. ' « ..
і . Очевидно- проблема заключалась в автоматической регистрации параметров.непрерывно меняицегося акустического.вигнала, как функции» изменения скорости рхлв^дения и величины гидростатического дав-дчниз исчледуеиых сред, обусловленных изменением агрегатного сос-гсин'ля при переходе из жидкого состояния в .стеклообразное.- В СВЯЗИ 'УІиїди ссікншая задача ори изучения кинетики стеклования методами
акустической спектроскопии заключалась в разработке новой методики и создании автоматизированного измерительного комплекса, позволяющего птюводить нептзернвные измерения акустических параметров как в._ жидких, так и в стеклообразных средах в температурно-времпнннх режимах охлаждения и скачка давления.
Цель работы состояла в исследовании релаксационных процессов в переохлажденных жидкостях в режимах линейного охлаждения и скачка давления в интервале стеклования метолом акустической спектроскопии, необходимые для проведения расчетов изменений структурных
временных режимов стеклообразования.
Для достижения поставлен ой цели в работе решались следующие задачи:
- разработка методики, и создание автоматической аппаратуры для
ультразвуковых измерений в переохлажденных жидкостях и стеклах,
в режимах скоростного линейного охлаждения и скачка давления;
измерение реологических и акустических параметров стёклообря-зующих и смазочных материалов в условиях термодинамического равновесия в режимах непрерывного охлаждения и скачка давления;
анализ и интерпретация полученных экспериментальных результатов в рамках современных'теорий "конденсированного состояния вещества.
Научная новизна.
- разработана методика и создана оригинальная эксперимента лыпя
установка - автоматический акустический спектрометр (А.с. № IfWMwi,
А.с. № I5734I8, А.с, № I70406I), позволяющий в автоматическом ре- .
жиме' проводить непрерывные измерения скорости распространения я ко
эффициента поглощения продольных ультрззвуковых ВОЛН В СИЛЬНОВЛЧ-
ких жидкостях я стеклообразующих объектах в темперятуряо-яррме""<'''
режимах охлаждения, в широком интервале частот (3*30 МГц1, трмпс-
ратур (213*313 К) и давлений (0,1+150 Шя), при скорости лш.'.сйно-'"
4 рхлаждения .от I К/мин до 20 К/мин;
впервые получены экспериментальные данные температурно-времен-них и баро-временных зависимостей акустических параметров сложных полиэфиров: политриэтиленгликольсукцината (ПТЭГС), полипропилен-гликольглутарата (ППГГ), полиэтиленгликольглутарата (ПЭГГ) и минеральных ыасел, как чистых, так и с присадкой МКФ-1ЬУ - моторного масла ЫГ-tiA,.самолетного масла МС-20, тракторного масла МГ-І6П на частоте 9,15-МГц в интервале стеклования;
из полученных экспериментальных данных установлен характер поведения акустических параметров в зависимости от Р , Т , f и * -параметров;
обнаружено запаздывание температурной зависимости в сторону низких температур скорости распространения и коэффициента поглощения продольных ультразвуковых волн с увеличением скорости охлаждения, которое пропорционально, как степени, так и скорости линейного охлаждения;-
выявлен механизм, релаксационных процессов и количественно определены степенные коэффициенты дробно-экспоненциальной функции, описывающие релаксационные параметры стеклообразуюцих жидкостей и смазочных материалов для режимов скоростного охлаждения и скачка давления в интервале стеклования;
результаты акустических исследований, полученных в темпера-турно-временных режимах охлаждения и скачка давления, позволяют провести расчет упругих модулей и релаксационной функции, что эквивалентно проведению акустических исследований в широком температурном и частотном интервалах измерений;
при интерпретации экспериментальных данных в. рамках современных теорий конденсированного состояния вещества установлено, что поведение акустических параметров для исследованных объектов в терминах нормированной поодольной податливости удовлетворительно описи чаются фрактальной теорией в форле дробно-экспоненциальной функ-
ции 4>(t)- **?>[-(*&) і с дробной степенью/З = 0,30*0,65.
— — -Практическая ценность:
разработанный акустический автоматический спектрометр для измерения ультразвуковых параметров конденсированных материалов uawix быть использован в химической промкшленности, в научно-исследовл-тельских и заводских лабораториях для прецизионных измерений и кси*-троля физико-химических параметров жидких и стеклообраэнмх материе-лов;
с~г:"""*с*~ *»^"?ти,"»г'іг iwiMUciuui. і/і \.xi.vinn.... ,;_„;;:c:^:." ту пературы и давления может быть использована для прогнозирования поведения вязко-упругих параметров смазочных материалов в экстремальных условиях - упругогидродинамического режима смазки;
обнаруженное запаздывание температурных зависимостей акустических параметров с увеличением скорости линейного охлаждения может быть использовано при отработке технологий изготовления стек- ' лообразных материалов с заранее заданными свойствами;
экспериментальные результаты акустических исследований переохлажденных жидкостей в интервале стеклования в режимах скоростно~ го линейного охлаждения и скачка давления необходимы для дальней* шего развития кинетической теории стеклования;
полученные экспериментальные данные отвечают требованиям, предъявляемым к справочным стандартам, и могут бьть использован^ как справочный материал для отраеяогих Предприятия типической, нефтяной, перерабатывавшей промышленности, связанных с производством стеклоизделий и смазочных материалов. .
Автор защищает; с
- созданную экспериментальную установку и раэшзботаннук? метод:'"
ку, предназначенную для автоматического измерения скорости рас
пространения и коэффициента поглощения продольных ультраэру!'оп,пг
волн в переохлажденных жидкостях и смазочмтс материалах п рлжнмп*
скоростного охлаждения и скачка давления;
- экспериментальные результаты акустических параметров продоль
ных ультразвуковых'волн, полученных.при равновесных условиях, а
также в зависимости от скорости охлаждения и скачка давления в
сложных „полиэфирах: ПТЭГС, ППГГ, ПЭГГ и смазочнта маслах: МГ-8А,
, Mfi-20, ЙГ-І6П;
. - достоверность экспериментальна данных, полученных на созданной акустической установке;
- интерпретацию полученных экспериментальных данных в рамках
современных теорий конденсированного состояния вещества;
-' рекомендации по практическому использованию результатов экспериментальных, исследований сложных полиэфиров и смазочных масел в . зависимости от скорости охлаждения и скачка давления.
Личный вклад автора. Вклад автора в методический и исследова-, тельский разделы диссертации является определяющим:
автором создана акустическая камера новой конструкции малого объема —1у5 ем3, позволяющая проводить акустические исследования сильновязких жидкостей в интервале стеклования в режимах линейного охлаждения со скоростью от I К/мин до 20 І^мин;
разработана азотная паро-жидкостная система охлаждения, позволяющая задавать режимы скоростного линейного охлаждения акустической камеры с, исследуемым объектом;
-^модернизирована акустическая ячейка камері-' высокого давления, для проведения акустических исследований сильновязких жидкостей в интервале стеклования в режиме скачка давления (А,с. # 107046о);
- разработана и воздана в виде електронних блоков електроино-
изыеритёльная система, позволяющая проводить одновременно непрерыв г-
ные измерения скорости распространения и коэффициента поглощения-
продольных ультразвуковых в.лн в автоматическом режиме (А.0.1Н5734Ш,
А.о, № 1704061);
- проведены экспериментальные исследования температурно-времен^
т\ и йлрс-ирсменнпх зависимостей акустических параметров в слож-
ных полиэфирах и минеральных маслах в интервале стеклования;
-полученные экспериментальные результаты проанализированы; в
рамках современных теорий конденсированного состояния вещества.
Апробация работ. Основные результати диссертационной работы докладывались на ІУ Всесоюзном симпозиуме по физике акусто-гидро-динамических явлений и сптоакустике (Авхабая, 1985), на Ш Всесо-. гоэном совещании "Поверхностные явления в полимерных системах"." (Одесса, 1988), сессии отделения сб^ей физики АН СССР. (Ашхабад,
і Win, ня і A necnvOilKaHC«Un iivi., ^i.C" ~Z::%ZT^'.~^'" ""»"«» чтоил in
специалистов (Аіпхабад, І9Ш), на IX конференции Европейского физического общества "Тенденции в физике" (Прение-Италия, 19931, на II международной конференции по жидким материалам (Фиренце-Италия, 1993), на региональном семинаре "Молекулярное светорассеяние и релаксационные процессы s жидких средах" (Самарканд, 1993).
Публикации". По теме диссертационной работы опубликовано 15. печатных работ в научных журналах и трудах Мззщународных, Всесоюзных и республиканских конференций, в тем.числе получены 3 авторских свидетельства на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 7 глав, включая введение и заключение, списка использованной литературы, включапцего 191 наименование, и приложения. Содержание работы изложено на 184 страницах мапшеписного текста, имеется 42 рисунка и lb таблиц.
