Залечивание трещин в щелочно галоидных кристаллах при локальном воздействии на вершину трещины Текст научной статьи по специальности «Физика»

их массу. Таким образом, здесь имеются широкие возможности изменения момента сил, действующих на маятник Обербека, и момента инерции этого прибора.

Работы физического практикума представляют собой экспериментальные задачи, в которых по результатам, полученным в эксперименте, требуется вычислить указанную физическую величину. Однако, дополнив данные эксперимента значением физических констант, в работе может быть получена возможность определения значений и других физических величин. Например, наблюдая за процессом электролиза раствора медного купороса, определив при этом массу отложившейся на катоде меди, измерив силу тока в цепи и время протекания тока, студенты могут вычислить электрохимический эквивалент меди. Однако если данные этого эксперимента дополнить, взяв из таблиц валентность и молярную массу меди, а также число Авогадро, то в этой работе может быть рассчитан заряд электрона.

Наконец, вариативность работы физического практикума может быть реализована подбором нескольких вариантов работы. Так, в нескольких вариантах может быть предложена работа по проверке закона сохранения и превращения полной механической энергии,

несколько вариантов имеет работа по определению электроемкости конденсатора, по определению индуктивности катушки и т. д.

На наш взгляд, вариативности работ физического практикума в практике преподавания пока еще не уделяется должного внимания. Совершенно недостаточны указания на этот счет и в методической литературе. Между тем использование вариативности работ в ходе проведения физического практикума может принести ощутимые положительные результаты.

Использование вариативности работ позволяет, на наш взгляд, осуществлять дифференцированный подход в обучении студентов, увеличить объем получаемых студентами знаний, повысить интерес студентов к выполнению работ (работы перестанут казаться такими однообразными), сформировать у студентов творческое отношение к выполнению лабораторных работ. Использование в преподавании вариативности работ физического практикума поможет преодолеть также такое негативное явление, как списывание. Преподавателю не придется видеть в тетрадях студентов таблицы, заполненные совершенно одинаковыми цифрами, рассматривать графики, построенные, словно под копирку.

ЗАЛЕЧИВАНИЕ ТРЕЩИН В ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ВЕРШИНУ ТРЕЩИНЫ

© Ю.И. Тялин, В.А. Тялина, М.В. Чемёркина, A.A. Бутягин

В работе изучалась возможность залечивания трещин в щелочно-галоидных кристаллах 1лР при локальном механическом воздействии на ее вершину. Локальная нагрузка в вершине трещины создавалась в результате нагрева или рентгеновского облучения материала в малой окрестности вершины трещины. В этом случае в зоне воздействия образуются сжимающие напряжения, которые можно использовать для восстановления нарушенной сплошности. Отличие данных схем нагружения образцов состоит в том, что температурные напряжения после охлаждения образца исчезают, а напряжения, созданные при облучении, могут существовать в кристалле достаточно долго и удерживать трещину в закрытом состоянии даже в том случае, если сплошность материала не восстановится.

Основными задачами работы в связи с этим являлось: 1) выбор режимов и схем локального воздействия на вершину трещины, обеспечивающих восстановление сплошности материала в вершине трещины; 2) разработка методики и проведение прямых измерений прочности образцов с залеченной трещиной.

Исследования проводили на призматических образцах кристаллов ЫИ размером 4x8x40 мм. В образцах создавалась зародышевая трещина длиной Ь = (20-30) мм. Трещина располагалась симметрично относительно широкой грани образца. Часть экспериментов проводилась на микротрещинах, образующихся при индентировании кристаллов. Такие трещины появля-

ются при определенной ориентации пирамиды инден-тора относительно плоскостей спайности кристалла. Они имеют дискообразную форму и залегают в плоскостях (110). В этих экспериментах оптическим методом измерялась длина трещин до и после теплового воздействия на образцы.

Дислокационную структуру вершины остановившейся трещины выявляли химическим травлением образцов в растворе хлористого железа РеС13. Травлению подвергались только свежие поверхности образца. Для этого исходный образец раскалывали на две части по плоскости (100). На одной части фиксировалась исходная дислокационная структура в вершине трещины. Трещина в другой части кристалла залечивалась, и затем также изучалось изменение характера пластической зоны в вершине.

Использовалось несколько схем залечивания трещины - локальный нагрев, облучение, сжатие и комбинированное воздействие. Для оценки качества залечивания макротрещин проводились механические испытания образцов с исходной и залеченной трещиной. При этом фиксировались длина трещины I и критическое усилие разрыва образца Р.

В экспериментах на микротрещинах (до 150 мкм) отмечено частичное залечивание (до 10 %) только при облучении образцов. Связано это может быть с тем, что трещины в этом случае лежат в плоскости (ПО) и имеют довольно грубый поверхностный рельеф, препятствующий сближению поверхностей трещины при

нагружении образца. Поэтому при тепловом воздействии поверхности трещины могут смыкаться, но после охлаждения образца контакт берегов трещины не сохраняется.

Определены оптимальные режимы нагрева и дозы облучения, при которых макротрещина залечивается на участке с размерами, сравнимыми с характерным размером зоны воздействия. Увеличения длины залеченного участка можно добиться смещением области сжатия от вершины трещины. Но в этом случае каждая последующая процедура залечивания становится менее эффективной. В этом случае по мере удаления от вершины трещины вместе с участками, где сплошность восстанавливалась полностью, наблюдаются области, в которых трещина залечивается не по всей поверхности. Незалеченные участки чаще располагаются вблизи краев образца.

Механические испытания кристаллов с частично залеченными трещинами показывают, что прочность образцов восстанавливается практически полностью, а в некоторых случаях может и превышать прочность исходных образцов с трещиной такого же размера. Наблюдаемое в этих случаях некоторое упрочнение кристаллов может быть обусловлено взаимодействием трещины с пластической зоной, формирующейся при ее остановке и залечивании.

Оценено изменение коэффициента интенсивности напряжений КI за счет упругих напряжений пластической зоны. Последняя представлялась двумя линиями скольжения и дисклинационным диполем в вершине трещины. Оценки показывают, что при заметном пластическом течении в вершине трещины при ее остановке изменение коэффициента интенсивности напряжений может достигать десятка процентов.