Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Микродефекты поверхности. Внешняя и внутренняя поверхности твердого тела

Любая шероховатая поверхность твердого тела постоянно взаи­модействует с внешней средой. Развивающиеся окислительные про­цессы способствуют образованию на поверхности твердого тела окис-ных пленок. С течением времени они увеличиваются по толщине.


Ввиду неоднородности строения поверхности окислительные процес­сы протекают на ее участках с разными скоростями и образуют пленки разной толщины.

Образующиеся под воздействием внешних факторов поверх­ностные и подповерхностные трещины имеют весьма разветвлен­ную систему. Площадь внутренней поверхности трещин бывает очень значительной и часто в несколько раз превосходит площадь внешней поверхности твердого тела (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Схема дефектов поверхности твердого тела

Опорная поверхность, а также представления о состоянии и свой­ствах материала поверхностного слоя, позволяют судить о напряжен­ном состоянии материала в зоне контакта трущихся тел, во многом оп­ределяющем закономерности трения и изнашивания твердых тел.

Физико-химические свойства поверхностей трения твердых тел. Свободная поверхностная энергия

Твердых тел. Адсорбция

Атомы, ионы и молекулы, находящиеся внутри твердого тела, ис­пытывают со стороны окружающих их частиц сильное взаимодействие во всех возможных направлениях, причем результирующая этих сил равняется нулю, а сами частицы занимают положение, соответствую­щее минимуму их потенциальной энергии. Частицы же твердого тела, находящиеся на границе раздела с другой фазой, например, вакуумом, газом или жидкостью, где частиц нет вообще или они находятся в значи­тельно меньшей концентрации, имеют полностью или частично неском-пенсированные связи (рис. 4.14), направленные в сторону этой среды, и испытывают избыточное силовое воздействие со стороны частиц твер­дого тела, которое стремится втянуть частицы поверхностного слоя внутрь более плотной среды.




Рис. 4.14. Нескомпенсированные молекулярные поля поверхности Епов раздела

двух фазовых состояний материалов


Рис. 4.15. Адсорбция молекул на поверхности твердого тела

Наличие некомпенсированных сил у частиц поверхностного слоя свидетельствует о том, что они обладают избыточной энергией по срав­нению с аналогичными им частицами, находящимися в объеме. Эта энергия получила название избыточной свободной энергии, а будучи отнесенной к единице поверхности - удельной поверхностной энергии. Благодаря этому частицы, находящиеся на поверхности раздела фаз, занимают менее выгодное энергетическое положение. Однако их части­цы закреплены в пространстве и не могут свободно перемещаться. Электрические поля свободной поверхностной энергии твердых тел яв­ляются дискретными вдоль поверхности твердого тела и анизотропны, как и сам кристалл. Особенность энергетического положения молекул поверхностного слоя твердых тел оказывает влияние и на многие их свойства. Например, для того чтобы увеличить поверхность твердого тела, при изометрическом процессе, необходимо совершить дополни­тельную работу внешних сил, эквивалентную увеличению свободной поверхностной энергии этого тела. Наличие нескомпенсированных мо­лекулярных связей у молекул поверхностного слоя твердого тела при­водит к тому, что молекулы газа или жидкости стремятся вступить с ни­ми во взаимодействие (рис. 4.15).


В результате этого на твердой поверхности появляются ино­родные молекулы, понижающие его поверхностную энергию и изме­няющие соответственно свойства твердого тела. Процесс поглоще­ния (сгущения) вещества на границе раздела фаз получил название адсорбции. Вещество, на поверхности которого происходит адсорб­ция, называется адсорбентом, а поглощаемое из объема вещество -адсорбатом. Пропорционально уменьшению свободной поверхност­ной энергии твердого тела при адсорбции выделяется тепло.

Различают два вида адсорбции: физическую - обратимую, обу­словленную действием относительно слабых Ван-дер-Ваальсовых сил, и хемосорбцию - необратимую и обусловленную проявлением достаточно больших по величине химических связей (валентных сил). Поверхность твердого тела гетерогенная, и ее участки обладают одинаковыми ад­сорбционными свойствами. Так, различные микродефекты поверхности обладают значительно большей способностью к адсорбированию, чем гладкие участки. Их называют обычно активными центрами. Общая пло­щадь активных центров на поверхности твердых тел невелика, но тем не менее их значение во многих процессах бывает огромным.

Анизотропия свойств кристаллических тел и, в частности, их по­верхностной энергии является причиной того, что адсорбционные процессы протекают неодинаково на различных границах кристалла. Для твердых тел свойственна и внутренняя адсорбция адсорбента, протекающая на внутренних поверхностях твердых тел (на границах зерен или дефектах его структуры).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что представляет основу окружающих нас твердых тел, жидкостей и газов?

2. Каковы особенности молекулярного взаимодействия между частицами, окружающими нас?

3. Каковы условия перехода материалов из твердого состоя­ния в жидкое и газы?

4. Что такое силы отталкивания и притяжения; потенциальная и кинетическая энергия при взаимодействии частиц? Каковы усло­вия их равновесия?

5. Что представляют собой кристаллические и аморфные тела; каковы их особенности и характеристики?


6. Что представляют собой монокристаллы? Каковы особенно­сти строения и анизотропия их механических свойств?

7. Каково влияние дефектов и дислокаций на механические свойства трущихся тел?

8. Каковы особенности внешней и внутренней поверхностей твердых тел?

9. Что такое свободная поверхностная энергия, и каков харак­тер ее распределения?

10. Каковы разновидности адсорбционных процессов, наблю­
дающиеся на реальных поверхностях трущихся тел?






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2021 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.