Введение к работе
Актуальность проблемы. В физике некристаллических твердых тел за последние 20-25 лет значительно возрос интерес к параметру Грюнайзена у, который входит в уравнение состояния и служит характеристикой энгармонизма колебаний квазирешетки и нелинейности сил межатомного взаимодействия. Ангармонически колеблющиеся атомы и группы атомов вносят существенный вклад в деформацию и разрушение твердых тел, в их тепловое расширение, теплопроводность и другие физические свойства.
Первоначально параметр Грюнайзена был введен для кристаллических твердых тел и выражал изменение частоты нормальных колебаний решетки в зависимости от изменения объема кристалла. Обобщение этого параметра на неупорядоченные структуры аморфных полимеров и стекол встречает серьезные трудности. Сегодня нет общепризнанного представления о его физическом смысле применительно к некристаллическим твердым телам, что и определяет актуальность выбранной темы диссертации.
Цель и задачи работы. Данная работа посвящена систематическому нсследованіпо параметра Грюнайзена неорганических стекол и органических аморфных полимеров с целью выяснения его физического смысла и установления связи у с физико-механическими свойствами этих систем.
Ставились следующие основные задачи:
преобразование уравнения Грюнайзена применительно к стеклующимся системам и установление связи у с коэффициентом Пуассона и долей флуктуациошюго свободного объема (ФСО);
расчет параметра Грюнайзена различных неорганических стекол и обсуждение его физического смысла;
исследование роли ангармонизма в пластической деформации стеклообразных твердых тел;
изучение корреляции между коэффициентами теплового расширения стеклообразующих расплавов и полученных из них стекол.
Научная новизна.
Показано, что у аморфных органических полимеров и неорганических
стекол, несмотря на существенное различие в структурах этих двух классов
стеклообразных систем, нелинейность сил межатомного взаимодействия
может быть рассмотрена в рамках единой концепции.
Обоснована целесообразность введения двух параметров Грюнайзена для неорганических стекол: решеточного параметра Грюнайзена (РПГ) yL и термодинамического параметра Грюнайзена (ТПГ) ут-
Развито новое представление о природе пластической деформации стеклообразных твердых тел (СТТ), связанное с энгармонизмом межатомных связей.
Установлена связь РПГ с коэффициентом Пуассона и долей ФСО.
Практическая ценность.
Полученные результаты могут быть использованы на практике для
определения физико-механических характеристик стеклообразных
материалов.
» Предложен простой способ прогнозирования пластической деформации СТГ на основе данных о РПГ' и доле ФСО, замороженной при температуре стеклования.
Разработана методика расчета плотности энергии когезии аморфных
полимеров на основе данных об упругих постоянных.
На защиту выносятся:
Введение двух параметров Грюнайзена для неорганических стекол:
решеточного yL и термодинамического уг- У типичных щелочносюгакатных
стекол решеточный параметр Грюнайзена уь выражает ангармонизм
колебаний ионной подрешетки, образованной ионами щелочных металлов и
немостиковыми ионами кислорода, а термодинамический параметр
Грюнайзена ут отражает ангармонизм, усредненный по внутрицепным и
другим колебательным модам.
Расчет -/і н ут для литиево-, натриево-, калиевосиликатных стекол, стеклообразного борного ангидрида, щелочноборатных стекол, и ряда многокомпонентных промышленных стекол приводит к выводу о том, что термодинамический параметр Грюнайзена неорганических стекол совпадает с данными для аморфных органических полимеров и составляет около единицы (ут=П, а значения решеточного параметра этих систем близки к величине параметра Грюнайзена ионных кристаллов (уі.=2-гЗ).
Модификация уравнения Грюнайзена на основе теории свободного объема и теории упругости применительно к стеклующимся системам позволяет установить связь между решеточным параметром Грюнайзена, коэффициентом Пуассона и долей флуктуациошюго свободного объема, замороженной при температуре стеклования.
По данным о коэффициенте Пуассона можно оценить величину' yL для аморфных полимеров и стекол.
При выводе формулы Сандитова - Цыдыпова для максимального внутреннего давления стеклообразных твердых тел новым способом появляется дополнительный множитель, зависящий от доли флуктуационного свободного объема при температуре стеклования.
Максимальное внутреннее давление стеклообразных аморфных полимеров по величине совпадает с плотностью энергии когезии этих систем.
Пластическая деформация стеклообразных твердых тел єв обратно пропорциональна решеточному параметру Грюнайзена: sB~l/yL.
Апробация работы. Основные результаты докладыватись и обсуждались на втором всесоюзном семинаре-совещании "Механизмы релаксационных процессов в стеклообразных системах" (г. Улан-Удэ, 1985г.), на всесоюзном семинаре "Нелинейные эффекты в кинетике разрушения" (г. Санкт-Петербург, 1988 г.), на всесоюзном семинаре "Строение и природа металлических и неметаллических стекол" (г.Ижевск, 1989 г.), на международной конференции "Строение, свойства и применение фосфатных, фторидних и халькогенидных стекол" (г. Рига, 1990г.), на всесоюзной конференции "Релаксационные явления
и свойства полимерных материалов "(г. Воронеж, 1990 г.), на X совещании по стеклообразному состоянию (г. Санкт-Петербург, 1997г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Личный вклад автора. Диссертант принимал участие в постановке задачи исследования, ему принадлежат преобразование уравнения Грюнайзена применительно к стеклующимся системам, вывод формулы для пластической деформации стекол, а также уточнение метода расчета максимального внутреннего давления. Обсуждение полученных результатов проведено главным образом автором диссертации.
Объем работы. Диссертация изложена на 98 листах, содержит 11 рисунков и 19 таблиц. Библиография включает 109 наименований. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы.