Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 44
Текст из файла (страница 44)
па 1 — реаонзнсный, 2 — амплитудно-аависимый гистереаис, 3 — дисдокациониая релаксация. Фиаич, описание первых двух иеханиамов основывается на модели 1(елера — !'ранато — Люкке, согласно к-рой кристалл содержит трехмерную сетку дислокаций с расстояниями между узлами, равными Ьн, дислокацнонная петля Ья аакреплена в узлах сетки, а также в ряде промежуточных точек, где располагаются точечные дефекты, способные взаимодействовать с дислокациями посредством упругих (механиам Котрелла) или злектрич. сил. Расстояние между этими точками определяет длины дислокационных отреаков Ьв (рис.
1, а), которые могут совершать колебательное двигкепие под действием УЗ-вой волны. Резонансный механизм поглощения реалиауется при достаточно малых интенсивностях УЗ, когда отРезни ьв вьггибаютсЯ УпРУго и не происходйт их отрыва от аакрепдяющих дефектов. Колебание дислокационпого отрезка в этом случае описывается дифференциальным ур-нием, подобным ур-нию упругой струны, колеблющейся в вязкой среде, при этом роль вязкости, демпфирующей движение дислокаций, играет «фонопная вязкостьэ.
Частотная вависимость поглощения для данного мехзниама имеет резонансный характер с максимумом декремента аатухания на частоте ю,„ = юзв1а, где юв — собственнан резонансная частота отрезка йю в — постоянная демпфирования в ур-нии колебаний дислокацмонного отреака. При Ьв = 10 ' — 10 ' см максимум Д.п. приходится на частоты порядка единиц или десятков Мрц, в б в в,ва„р а, во, в,>в,ч Рис. 1.
Трв стадии выгвбвнвя дислокэциовввй линии под действием дрвложев- иогв иавряжения. Амплитудно-зависимый гистереаис появляется при таких интенсивностях УЗ, когда абсолютные величины упругих напряжений в плоскости скольжения ат при циклич. изменении достигают критич. значений астр, достаточных для отрыва отреаков й, от аакрепляющих дефектов. Если предположить, что все зти дефекты принадлежат к одному типу с неизменной анергией связи и располагаются на линии дислокации случайным образом, то в момент, когда а, — нотр петля Ьп доллгна сразу отрываться от всех закрепляющих точек, кроме узлов (рис. 1, 6, в).
При уменьшении напряжения в последующей фазе цикла петля упруго сжимается, возвращаясь к своему исходному положению, и снова аакрепляется дефектами, Поскольку процесс отрыва связан со скачкообразным увеличением дислокацнонной деформации иди, то зависимость ид„с .†в. 1(ат ) приобретает вид характерной гистерезисной петли (рис. 2), площадь к-рой определяет величину потерь энергии за полупериод. Как показывают расчеты. в килогерцевой области частот, где дислокационная деформация не зависит от частоты, декремеит затухания, обусловленный таким ме- И8 ДИСПНРГИРОВЛИИН ханизмом, также частотно-независим и экспоненциально увеличивается с ростом амплитуды колебательной деформация.
Экспериментальные исследования Д. п., выполненные в широ- Рпс. 2. Впд гпстерееясяой петли при дпсдояецпопяой дефорпецпп, ком диапазоне частот, температур, амплитуд деформаций, удовлетворительно подтверждают основные выводы теории, базирующейся на рассмотренной выше модели. Третий механизм — дислокационная релаксация — ответствен за появление низкотемпературных пиков поглощения, впервые открытых П.
Бордони. Этот вид поглощения не связан с точечными дефектами, з обусловлен взаимодействием дислокаций непосредственно с самой кристаллпч. решеткой. В простейшем случае дислокационную релаксацию можно описать моделью, где два знергетнч. состояния, соответствующие минимумам энергии дислокации, равделены барьером Пайерлса.
Если пренебречь квантовомеханнч. флюктуациями, то при темп-ре ОК ливии дислокаций целиком располагаются в одной из потенциальных ям вдоль направления плотной упаковки. Минимальные напряжения, необходиыые для преодоления дислокацией барьеров, равны здесь напряжениям Пайерлса— о и„. Прв отличных от нуля температурах переброс частей дислокации из одной ямы в другую существенно оГ>легчается действием температурных флюктуаций. Дислокационная линия при этом уже не является прямой, а содерпеит пары перегибов (рпс. 3).
Надичпе перегибов делает возможным движение отдельных участков дислокаций при возбуждаемых УЗ в кристалле напряжениях пс ((и„, поэтому наложение УЗ ивменяет распределение пар перегиГ>ов. Т. к. формирование новых перегибов связано с тепловой активациеп, воздействие у В Ряс. 3. е — цяслояе- ) цяя е пооожепеп ЛВ,,' соотзетстеуюо1еп мини-,' муму свергни при т = =ЕК; б — дпслояецяя,' с перегибами, отрезок ) ПВ которой йяход>ется ,' в положении, соотеет-,' стеуюшеы минимуму ) еяергдп; пувптпрюве ,' лппип — пояожеяпя меясппальвой едергяд. ~ И ОК Герд о 'Л е а б Д.
п. можно испольаовать для целей контроля содержания примесей в чистых и сверхчистых металлах. Лижл Ультразвуковые методы последования дислокаций, сб. стетей яод ред. Л Г, Мерпулоее, М., 1963; П о с т я их о е В. П., Вдутреявее трение з металлах, М., 19б9; Физическая акустика, под ред. у, Мезояя, пер, с англ., т. 3, ч. А, М., 1969; т. Цч. Л, тэеэ, гд. З, 7,' тр>.елл Э л ь б е у и >1., Ч п я В, ультреееуноеые методе> е феепде твердого тела, пер.
с ея>о., М., 1972. Л. Г. Меркулов, ДИСПЕРГИРОВАНИЕ у л ь т р аз в у к о в о е — тонкое раамельчение твердых веществ или жидкостей, т. е. переход веществ в дисперсное состояние с образованием воля под действием УЗ-вых колебаний. Обычно термином «Д.» обозначают размельчепие твердых тел в жидкой среде. Д. жидкостей в гааах (воздухе) наз. рссп леяивм, а Д, жидкостей в жид- УЗ-вых напряжений приводит к явлению акустич. Релаясаяпп. При совпадении частоты УЗ с частотой формироиания пар перегибов декромент затухания проходит через максимум. Многочисленные исследования на равных металлах хорошо подтверждают ролаксационную природу пикон Бордони. Экспериментальные измерения Д.п.
повволяют непосредственно изучать кинетику и динамику дислонацин; такие измерения могут быть также испольвованы в качестве экспресс- методов для регистрации весьма тонких изменений в дислокационной структуре кристаллов при рааличного рода внешних воздействиях — механических, температурных, ионизирующих облучений и т. д. Наблюдение характеристик возврата Д. п. даби воаможность определять активационные энергии вакансий, динакансий, примесей.
На практике метод ДИСПЕРГИРОИАНИЕ костях — эмуяьэирэааиием. УЗ-воз Д. позволяет получать высокодисперсные (средний раамер частиц — мкм ц доли мкм), однородные и химически чистые суспенаии. Д. осуществляется при воздействии УЗ на суспензин и при разрушении в УЗ-вом поле агрегатов твердых частиц, свяаанных мекчду собой силами слипаиия, спекания или спайности. При УЗ-вом Д, суспенаии дисперсность продукта увеличивается на несколько порядков по сравнению с Д. без применения УЗ. Каэита~)иаияая эрозия поиерхности твердого тела в жидкости и процесс УЗ-вой очистки также сопровождаются Д. Для протегания УЗ-ваго Д.
необходима каэитация. Иамельчение веществ происходит под действием ударных воли, возпикачощих при эахлопыванип кавитационных полостей. Д. начинается при интенсивности 1 УЗ, превы)паюцгей нек-рос пороговое значение 1и. Величина 1в составляет обычно несколько Вт)смвэ и зависит от кавитационной прочности жидкости, состояния поверхности твердой фазы, а также от характера и величины сич ваапмодействия между отдельными частицами твердой фазы. С ростом 1 скорость Д., т. е. количество измельченного в единицу времени вещоства Лт)'Лг, возрастает; она возрастает также с увеличением хрупкости и с уменьшением твердости и спайности частиц диспоргируемого материала. Наиболее успешно УЗ-воз Д.
происходит при обработке аморфных и агрегированнмх веществ типа почв и горных пород, при расщеплении текстурированных материалов типа целлюлоаы, стеклянной ваты, асбеста, при действии на рвститольные и животные клетки, Сравнительно легко диспергируется паолин, гипс, слюда, сера, графит и т, п., труднее — чистые металлы. Для получения суспснзив металлов рационально сочетать процессы их химич.
или электролитич. осаждения с УЗ-иым Д. Д. значительно интенсифицируется, если наряду со анакопсременным авуковым давлением с амплитудой рэ на жидкость наложить постоянное (статическое) давление Рэ (см. Каэитазиэнная эрозия). В этих условиях существенно возрастают пиковыо значения давления в ударной волне и кавитационное разрушение твердой фазы, оцениваемое по убыли из монолита вещества, перешедшего в дисперсное состояние, ускоряется в десятки, сотни и даже тысячи раз при равных затратах вкустич.
энергии. Существует оптимальное соотношение межДУ Р, н Р,в, пРи к-Ром пРоисхоДЯт максимальная кавитационная эрозия (рис.) и, следовательно, наиболее интенсивное Д. твердой фааы. УЗ-вое Д. широко используется в лабораторной практике для получения суспензий, для подготовки обраацовк мипералогич. анализу и т. п., в ряде технологич. процессов в химич., пищевой, фармацевтич., текстильной, лакокрасочной промышлен- 100 Ээывскыэеть аеявчивы казитациоввой эрозии, оцевдэаеысй цо убыли веса Лт твердого образца, от статвчесдога дазлеиия Х'ь прв разяичвых акцлатудах звукового давления =10' Па)10 аты); Д вЂ” р =.
2 10ь Па <20 эти); э— — р„.= 5 ° 105 Па (50 атм). 50 2 ! 3 У 25 50 Р '10 Яа ности и др. отраслях. !завитационная эрозия поаволяет получать материалы сверхтонкой дисперсности, к-рые играют большую роль в порошковой металлургии, т.к. от степени измельчения исходного материала и вводимых в него тугоплавких окислов зависит конечная плотность, механические свойства и жаропрочность изделий; в технике изготовления фврритов сверхтонкое измельчание порошков ферритов улучшает эксплуатационныо характеристики ферритовых сердечников; УЗ-воз Д.
применяется также при изготовлении высокодисперсных люминофоров, повышающих начество ивображеиия и увеличивающих светоотдачу экранов электроннолучевых приборов. УЗ-воз Д. полупроводниковых материалов уиеличиваст их термоэледтрич. эффективность. Фармакологич. материалы высокой дисперсности применяются в биологии и медицине. В существующих УЗ-вых диспергаторах в качест- ДИСПЕРСИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА Табл. 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
