Материалы для современной медицины. Канюков В.Н - 25 стр.

пример, вода), уменьшающие поверхностную энергию твердого тела, в конце
концов приведут и к снижению прочности материала.
       В середине 60-х годов Ш. Видерхорн и несколько других исследовате-
лей изучали, как изменяется прочность стекла со временем. Наблюдая рост
трещин под микроскопом и одновременно тщательно контролируя величину
напряжения и условия окружающей среды, они сделали ряд важных открытий.
Во-первых, трещины в стекле непрерывно растут и за этим ростом можно сле-
дить; иными словами, разрушение происходит не внезапно. Во-вторых, ско-
рость роста трещины зависит от приложенного напряжения и влажности окру-
жающей среды. В-третьих, момент разрушения можно предсказать, если из-
вестна скорость роста маленьких поверхностных трещин под действием напря-
жения: по мере медленного роста таких трещин в стекле накапливается энергия
напряжения, пока, наконец, не происходит быстрое разрушение.
       Прочность изменяется с ростом трещин, проникающих в глубь материа-
ла (вверху), в соответствии с рисунком 2. Когда стекло напряжено, кончик тре-
щины (в середине) распространяется внутрь материала. По этой причине авто-
ры попытались описать рост трещины на атомном уровне (внизу). Элементар-
                                                     ная ячейка структуры
                                                     стекловидного кремнезе-
                                                     ма — плотноупакованный
                                                     тетраэдр, состоящий из
                                                     центрального        атома
                                                     кремния (синий), окру-
                                                     женного четырьмя ато-
                                                     мами кислорода (крас-
                                                     ные). Каждый атом ки-
                                                     слорода образует химиче-
                                                     ские связи с атомами
                                                     кремния двух соседних
                                                     тетраэдров, так что вся-
                                                     кий тетраэдр соединен с
                                                     четырьмя      соседними.
                                                     Тетраэдры образуют сеть
                                                     связанных между собой
                                                     циклов, каждый из кото-
                                                     рых содержит 5—7 тетра-
                                                     эдров. Для ясности атомы
 Рисунок 2 – Изменение прочности стекла с рос-       кислорода представлены
 том трещин                                          кружками меньшего раз-
                                                     мера и показаны не все
                                                     связи между тетраэдрами.
       К сожалению, причиной разрушения через 10 лет многих конструкций,
построенных сегодня, могут быть маленькие трещины, которые начинают расти
со скоростью менее 2 ·10 -12 см/ч, что, как мы уже отмечали, соответствует по-
следовательному разрыву межатомных связей со скоростью одна связь в час.
                                                                            27