Введение к работе
Актуальность работы. Знание структуры кристалла и закономерностей ее повєдєніія в зависимости от химического, состава н термодинамических условии необходимо для прогнозирования технологических н эксплуатационных свойств материалов. В настоящее время информация о структуре материала получается в основном из эмпирических исследовании и зачастую носит косвенный характер, иоо условия эксперимента обычно, отличаются от естестветпіьгх її. предполагать гаггененвные и разрушающие воздействия на материал. Теоретическая интерпретация таких данных ограничивается узким крутом конкретных материалов и практически не поддается обобщению. В диссертации предложен и апробирован теоретическігіі аппарат, позволяющий моделнро-вать поведение структуры материала в термодинамических условиях, соответствуюппгх режиму его эксплуатации или обработки. Закономерности, связывающие изменение дефектной структуры в объеме и на поверхности кристалла с изменением термодинамических условий, в частности, температуры, гидростатического давления, физических и геометрических характеристик кристаллического материала, позволяют моделировагь и прогнозировать свойства материала как на мезосконнческом уровне - состав дефектов, их средний размер, распределение по размерам и по объему кристалла, квазихимические' реакции между дефектами разного типа (например, поры - дислокации - вакансии), так и на макроскопическим уровне - плотность дефектов, внутренняя энергия, энгальпия, теплоемкость, суммарный объем дефектной структуры "и кристалла в целом. Эти данные являются необходимым звеном при решении общей проблемы о. взаимосвязи; ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ - ДЕФЕКТНАЯ СТРУКТУРА -МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (прочность, пластичность и т. п.), и представтают практический интерес для разных разделов Физической химии, матерналоведешія. физики твердого тела.
Разработанный в работе метод предстявленккй- в виде комплекса вычиелттельных программ, что дает технологу - материаловеду инструмент для моделирования поведения и свойств.. кристаллического материала в условиях производства" обработки и эксплуатации. Подобный инструмент технолога - металлурги и
химики имеют сейчас в віще комплексов программ тала "АСТРА", "ИВТАНТЕРМО" и их многочисленных аналогов, позволяющих моделировать химический состав многокомпонентных химических систем.
Работа содержит многочисленные примеры использования термодинамического анализа дефектной структуры, которые позволяют воспроизвести многие закономерности поведения крис-ташшческой структуры реального кристалла, как наблюдаемые экспериментально, так и прогнозируемые теоретиками. В частности, на основе этих закономерностей рассмотрены некоторые аспекты трибохимических процессов, связанные со свойствами и строением поверхности.. Предложена количественная связь электрохимического потенциала с плотностью дефектов, предложена численная оценка "запасенной" энергии и т. д. Исследование этих взаимосвязей представляет интерес не только для теоретического описания явлений трения и износа, но и позволяет моделировать поведение материала в реальных условиях.
Основная цель работы - создание теоретического инструмента- для исследования дефектной структуры кристаллического материала и закономерностей изменения дефектной структуры и физических свойств реальных материалов в широком интервале термодинамических условий. Базой для проведения теоретических исследований является развиваемый в работе метод термодинамического анализа дефектной структуры поверхности и объема кристалла, который реализует метод химичесхих потенциалов Гкббса для 'описания дисперсных систем.
Наряду с теоретическими разработками поставлена цель создания комплекса компьютерных программ,"предназначенных для решения фундаментальных и прикладных проблем, связанных со строением и свойствами вещества в конденсированном состоянии и дисперсных систем различной природы.
Среди тркбологических задач рассмотрены проблемы коррозионного и трибохимического износа поверхности. Целью этой части рабо7Ы является поиск, описание и предсказание закономерностей процессов коррозионного и электрохимического износа поверхности трения. При сопоставлешш'результатов теоретических оценок с экспериментальными наблюдениями привлекается эмпирический материал, описанный в литературіпмх источниках. В диссертации предложена -интерпретация оригк-
нальных экспериментальных результатов, полученных в НФ
ИШШ РАН [19,20]. _, ......
Научная новизна. Диссертационная работа содержит детальное изложение метода термодинамического анализа дефектной структуры кристаллов. В это изложение включены некоторые новые; еще не опубликованные в литературе, теоретические ре- .. . -зульт<зты. Прії создании формализма метода использованы отдельные элементы актуальных разделов современной физики- и математики, в частпсст^-і^рми Фракталов."теоріш. разбиений, -хтшггоьой механтпеп, .равновесной хішігчєской термодннашпш и неравновесной термодинамики.
Пакет программ для термодинамического анализа дислокационной структуры кристаллических материалов, описанный в диссертационной работе аналогов не имеет. Предложен метод исследования состояния поверхности и происходящих на ней трнбохимнческих процессов, который позволяет интерпретировать эмпирические- нл5лк>дення н предсказывать пог-едстгне материала в различных условиях, исхода ю фундаментальных принципов современноіі теории о строении вещества.
Практическая значимость. Работа проводилась в соответствии с обшеакадемнческоп программой фундаментальных исследований "Повышение належності! систем "Машина - человек -среда" раздел 1.3.24. код научного направления 1.11.2.3. (физико-хнмнчеекне и мсхано-хн.чпчсскнс процессы при трснші), 1.1 J.6.6. (проблемы поверхностной обработки, упрочнения, нанесення по-' ' крьстий и модификации матерчалов в машідаосітюетін). Прежде всего можно отметить фундаментальное значение предложенного в работе теоретического аппарата. Созданный в работекомплекс — - -программ использован припроведеншторипшальных исследований в области физической химии, материаловедения, металлофизики и других разделов современной науки и техники (І. ?. ТЗ, !7]. Результаты... получешше при анализе трйбохимическнх процессов, представляют интерес для прогнозирования долговечности \злов чрення и подбора, оптимальных -условииі эксплуатации материала.
Приведенный анализ корректіїосп!.термодинамических ;" "v" оценок, ош1санныхвл1П«ратурелпггересенсточкизреш1Я методологии.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на
Международных конференциях (Москва-1990, Львов-1993,
Бршск, Краков-1994), Всесоюзных и Республиканских конфе
ренциях, школах и семинарах (Киев-1988, Киев, Новосибирск,
КуЗбышев, Горький-1989, Минск, Одесса. Свердловск-1990,
С.Петербург-1993, Н.Новгород-1994,1995) по физической химии,
химической термодинамике и различным проблемам
материаловедения. .
Публикация. По результатам представленной работы опубликовано 4 статьи: в Журнале физической химии, журнале Поверхность. Физика. Химия. Механика и трудах мездународных конференций в Киеве (по механике разрушения) и Кракове (по трибологии).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 127 страницах машинописного текста, включает 16 рисунков и 18 таблиц. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения. Список литературы содержит 97 ссылок.
Приложение содержит описание комплекса программ термодинамического анализа дефектной структуры.
Похожие диссертации на Равновесная химическая термодинамика дефектов структуры кристаллического материала
