Материалы для современной медицины. Канюков В.Н - 23 стр.

через все ветровое стекло. В других случаях маленькие, незаметные поверхно-
стные трещины растут в течение некоторого «инкубационного» периода, а ко-
гда достигают определенной критической величины, вызывают быстрое разру-
шение. Трещины в стекле могут расти со скоростью менее 2,5 · 10 -12 см/ч; при
таких условиях «инкубационный» период занимает несколько лет, и лишь по-
том происходит быстрое разрушение. На атомном уровне столь медленный
рост трещин соответствует последовательному разрыву межатомных связей со
скоростью примерно одна связь в час. Диапазон скоростей разрушения стекла,
охватывающий 12 порядков величины, — от чуть ли не мгновенного раскалы-
вания до медленного разрушения при ползучести, что делает исследование рос-
та трещин особенно увлекательным занятием.
       Как это ни удивительно, чистое стекло — один из прочнейших ма-
териалов. В условиях высокого вакуума бездефектное стекло выдерживает рас-
тягивающую нагрузку, превышающую 10 ГПа, что в 10 раз превосходит проч-
ность большинства металлических сплавов. Однако при обычных условиях по-
верхность стекла подвергается воздействию твердых частиц и химических
агентов, которые создают на ней маленькие трещины и способствуют их росту,
в конце концов, приводя к снижению прочности стекла. Влияние химических
агентов на скорость роста трещин ставит серьезнейшую проблему перед конст-
рукторами, так как в результате происходит не только непосредственное
уменьшение прочности, но и разрушение конструкции, которая находилась под
нагрузкой в течение нескольких лет.
       Одно из наиболее сильнодействующих веществ — это вода, которая
представляет особенно серьезную угрозу, поскольку всегда присутствует в ат-
мосфере. Вода может ускорить рост трещин более чем в миллион раз, «атакуя»
структуру стекла на самом кончике трещины.
       Люди, конечно, давно осознали способность воды облегчать рас-
трескивание стекла. Есть сведения, что американские индейцы использовали
эту особенность. При изготовлении наконечников стрел из флинта — одной из
форм кремнезема (диоксида кремния), родственной по своей химической при-
роде стеклу, песку и кварцу. Например, индейцы, обитавшие в окрестностях
озера Катахула в штате Луизиана, исполняли ритуал, в ходе которого они дер-
жали над паром куски флинта, перед тем как разбить их. Недавние эксперимен-
ты с аналогичными материалами подтвердили, что после увлажнения флинт
раскалывается легче. И теперь стекольщики перед отламыванием стекла смачи-
вают водой (или слюной) царапину, оставленную стеклорезом. Вода снижает
напряжение, необходимое для роста первоначальной трещины, и обеспечи-
вает более ровное раскалывание стекла.
       Научные основы для определения условий, вызывающих рост трещин и
разрушение стекла, были заложены 60 лет назад пионерной работой А. Гриф-
фита из Королевского авиационного ведомства. Гриффит пытался вычислить
минимальную энергию, необходимую для инициирования роста трещины. Ис-
ходным пунктом его расчетов служил хорошо известный факт, что расположе-
ние атомов на поверхности энергетически менее выгодно, и поэтому их энергия
выше, чем у атомов в объеме.
                                                                           25