|
Рис. 2.14.
Зависимость времени жизни образцов
SGL
,
МПГ-6
и
LeCL
от обратной
температуры:
слева
– SGL,
справа
– LeCL и МПГ [66].
Эта энергия заметно превышает величину энтальпии возгонки
(сублимации), и может соответствовать, например, энергии ползучести,
которая по некоторым данным [2, стр.128] может достигать величины ~1200
кДж/Моль. Но более аккуратная постановка эксперимента с применением
пирометра IMPAC IS-12 взамен устаревшего ОПИР-09 показывает заметно
57
меньшую энергию активации процесса разрушения для графитового
композита МПГ-6 (а также композита LeCL) равную ~690
±60
кДж/Моль. Эта
величина весьма близка к энергии сублимации графита 716,7кДж/моль [5]
либо, что более вероятно, к энергии активации самодиффузии углерода в
графите (рис. 2.14).
Для графитового композита марки
SGL
начальная энергия активации
разрушения оказывается более высокой и равной
ΔH
~1000÷1100кДж/Моль.
Это заметно больше, чем для образцов марки LeCL или МПГ-6. Последнее
обстоятельство позволяет предположить несколько иной механизм
разрушения, связанный с ярко выраженной анизотропией данного материала,
а также с некоторыми особенностями проявления ползучести графита при
повышенных температурах. Так, в частности, в [2, стр.137] утверждается, что
«изучение прочностных свойств и модуля упругости для различных марок
графита совместно с предварительными измерениями на нитриде бора
наводит на мысль о справедливости для условий высоких температур
гипотезы S. Mrozowski - J.E.Hove, касающейся влияния кристаллической
анизотропии на температурную зависимость прочности и упругости».
Возрастание прочности графита с ростом температуры до ~ 2500
о
С и
его модуля упругости согласно гипотезе S. Mrozowski можно объяснить
влиянием двух факторов:
- анизотропией отдельных кристаллитов графита
- полимерной природой межкристаллитной валентной связи.
Согласно [2, стр.112] можно предположить, что значительное
расширение кристаллитов в направление оси
c
приводит к заполнению
межкристаллитных пустот и это сжатие зёрен делает структуру жёсткой.
Очевидный недостаток такого объяснения связан с тем, что для такого,
близкого к графиту по структурным свойствам материалу, как нитрид бора,
возрастания предела прочности с температурой не происходит. В
противоположность прочностной гипотезе, H.E. Martens и др. предположили,
что возрастание пластичности графита при высоких температурах уменьшает
58
концентрации напряжений в результате пластических деформаций.
Последнее хорошо согласуется с идеологией физической мезомеханики, где
аккомодационные процессы происходят в результате сдвиговых и
поворотных мод деформации [44].
Так
или
иначе,
несомненным
представляется
влияние
поликристаллической, полимерной структуры графита на его прочностные
свойства. В частности, согласно [2, стр.115]: «…Кристаллические полимеры
состоят из чередующихся кристаллических и аморфных областей с
отдельными полимерными цепочками, проникающими через следующие
друг за другом кристаллические области (кристаллиты) и аморфные области.
В некоторых случаях кристаллиты ориентированы вдоль определённых
направлений или плоскостей; в других случаях ориентация кристаллитов
случайная».
Схематическое изображение структуры поликристаллического полимера
представлено на рис. 2.15 а. Для более совершенных кристаллических
полимеров можно полагать [2, стр.115], что края соседних кристаллитов
могут соединяться, чтобы «…сцепиться вторичными валентными силами той
же природы, что и силы, удерживающие вместе цепочки в параллельных
плоскостях кристаллитов.». Речь, как можно понять, может идти только
σ
-
связах, благодаря которым образуются графеновые плоскости.
Итак, «…углеродный материал представляет собой по существу
пространственную сетку из кристаллитов, жёстко скреплённых сложной
системой пересекающихся валентных связей, которые стабилизируют
структуру на такое расстояние, что параллельные перемещения плоскостей в
кристаллитах могут происходить только под действием сил, способных
разорвать краевые C-C связи».
Схематическое изображение структуры графита по S. Mrozowski и J.G.
Castle показано на (рис. 2.15 б, в). Как более отчётливо показано на схеме J.G.
Castle, молекулярная цепочка сцепленных слоёв может проходить через
различные кристаллиты, будучи закреплена в каждом пересечении.
59
Присутствие ориентированных кристаллитов в «сшитых» полимерах
оказывает влияние на их механические свойства в определённых
направлениях, и, как понятно из рис. 2.15, модуль упругости
ориентированного кристаллического полимера может быть больше в
направлении, параллельном цепочкам.
Do'stlaringiz bilan baham: |
