Природа разрушения твердых тел

Природа упругой деформации

По своей структуре твердые тела бывают кристаллические и аморфные. Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Атомы в кристаллической решетке находятся в строгом порядке. Между атомами действуют силы взаимодействия. Чтобы переместить атом из одного узла решетки в другой надо приложить значительное усилие, преодолеть энергетический барьер.

Рис. 16.1. Силы взаимодействия двух атомов.

Прочность твердого тела обеспечивается силами притяжения между частицами. Электронная структура атомов определяет связь между ними. Межатомные связи в твердых телах бывают двух типов: первичные и вторичные. Энергия первичных связей (ионных, ковалентных или металлических) составляет от 2 до 8 эВ. Вторичные связи, например, вандерваальсовы, имеют энергию от 0,02 до 0,2 эВ. Водородная связь, относящаяся к промежуточному типу, имеет энергию от 0,2 до 0,5 эВ.

Полному сближению атомов мешают возрастающая по мере уменьшения межатомного расстояния сила отталкивания, возникающая вследствие деформации электронных оболочек, а также сила отталкивания между положительно заряженными ионами. Удалению атомов препятствует сила притяжения отрицательно заряженной электронной оболочки к положительно заряженному ядру атома.

Зависимости силы притяжения Е, силы отталкивания F₂ и суммарной силы взаимодействия между атомами F= F_l + F₂ от расстояния между атомами г показаны на рис. 16.1. Когда F_x = F₂, атомы находятся в равновесии. Равновесное расстояние между атомами г₀ ~ 10^-8см (от 1 до 4 Е). Чтобы оторвать атомы, друг от друга надо приложить силу F > F_max,