В книге Герхарда Хайнике, подготовленной в содружестве с учеными Центрального института физической химии Академии наук ГДР — Г.-П. Хеннигом, Э. Линке, У. Штайнике, К. П. Тис-сеном и др., собраны результаты исследований, охватывающих почти столетие развита^ механохимии — от Оствальда, который первым сформулировал определение механохимии как отдельной области знаний, до работ, завершенных к концу 70-х годов.
Интересно проследить, как период становления с характерным для него качественным описанием различных сторон явления сменяется этапом строгих количественных исследований, когда уже не нужно доказывать право на существование направления, а необходимо на базе накопленного опыта развивать теорию, раскрывать механизмы конкретных превращений, создавать механохимические реакторы. Книга Г. Хайнике подводит итог первому, насыщенному событиями периоду. Основное внимание в ней уделено систематизации и описанию множества экспериментальных и технологических работ в области механохимии различных типов твердых тел. По широте охвата материала монография универсальна.
Механохимия интенсивно развивается, и в мировой литературе остро ощущается недостаток обзорных работ, охватывающих всю область и рассматривающих химические, физико-химические и физические аспекты процессов деформирования и разрушения твердых тел в их совокупности. Монография Г. Хайнике частично восполняет этот пробел, но и в ней не ставилась задача рассмотрения физических основ механохимии. Поэтому в нашем предисловии мы считаем целесообразным разъяснить суть единства природы механохимических и механоэмиссионных эффектов, детально рассматриваемых в различных главах книги. Это тем более полезно для читателей, которые впервые знакомятся с механохимией.
Чтобы представить себе, что такое механохимическая реакция, можно оттолкнуться от привычных представлений о термических газофазных реакциях, в которых молекулы обмениваются энергией и взаимодействуют друг с другом при столкновениях. Кинетическая энергия сталкивающихся частиц мень-
Оглавление
Предисловие к переводу............. 5
Литература............... 13
1. Предисловие............... . 14
Обзорные работы............. 16
2. Введение . .............. 17
Литература............... 23
3. Изменение структуры и физических свойств твердых веществ при механических воздействиях ............ 24
3.1. Передача механической энергии твердым веществам ... 24
3.1.1. Трибомеханика............ 24
3.1.1.1. Трибоплазма........... 25
3.1.1.2. Деформация........... 25
3.1.1.3. Растрескивание.......... 30
3.1.2. Трибореакторы............ 32
3.1.2.1. Типы механических воздействий в трибореакторах 32
3.1.2.2. Принципы работы современных трибореакторов 35
3.1.2.3. Влияние механической обработки в различных трибореакторах на физические и химические свойства твердых веществ........, . 38
3.2. Изменения структуры твердого вещества при механической обработке................ 41
3.2.1. Классификация дефектов структуры...... 41
3.2.2. Точечные дефекты........... 42
3.2.2.1. Дефекты атомной структуры...... 42
3.2.2.2. Электронные дефекты........ 43
3.2.2.3. Энергетические дефекты........ 44
3.2.3. Одномерные, или линейные, дефекты...... 44
3.2.4. Двумерные дефекты кристалла........ 45
3.2.5. Трехмерные дефекты........... 48
3.2.6. Размеры первичных кристаллитов и искажения решетки 50
3.2.7. О теории «вмороженных» колебаний...... 52
3.2.8. Влияние структурных несовершенств на реакционную способность твердых веществ......... 53
3.2.9. Методы исследования структурных несовершенств . . 53
3.3. Физические элементарные процессы при механической активации твердых веществ............. 54
3.3.1. Введение и постановка задачи........ 54
3.3.2. Механическая активация.......... 57
3.3.2.1. Точечные напряжения........ 58
3.3.2.2. Пластическая деформация....... 61
3.3.2.3. Развитие трещин......... 66
3 3.3. Возникновение повышенных температур..... 71
3,3.3.1. Температуры в зоне трения и удара .... 71
3.3.3.2. Температура в зоне движения дислокаций ... 74
3.3.3.3. Температуры разрушения....... 75
3.3.4. Триболюминесценция........... 78
3.3.4.1. Электролюминесценция........ 79
3.3.4.2. Люминесценция при рекомбинации механически возбужденных состояний......... 83
3.3.4.3. Температурное излучение....... 8&
3.3.4.4. Хемилюминесценция......... 87
3.3.5. Трибоиндуцированная эмиссия электронов..... 89
3.3.5.1. Эмиссия из механически возбужденных состояний 90
3.3.5.2. Фотоэмиссия с измененной работой выхода . . 93
3.3.5.3. Хемоэмиссия........... 95
3.3.5.4. Термоэмиссия............ 98
3.3.5.5. Эмиссия под действием электрического поля . . 99
3.3.5.6. Энергия электронов......... 101
3.3.6. Процессы возникновения электрических зарядов . . . ЮЗ
3.3.6.1. Появление зарядов за счет пьезоэффекта . . . Ю7
3.3.6.2. Контактное наведение заряда...... 10$
3.3.6.3. Заряженные поверхности трещин ,. .... Ю8
3.3.6.4. Заряженные дислокации........ IJ.Q,
3.3.6.5. Образование электрических двойных слоев . . щ
3.3.7. Отщепление компонентов решетки....... ИЗ
3.3.8. Заключение............. 115
Литература............. 115
4. Кинетика и термодинамика трибохимических реакций .... 122
4.1. Модель трибохимического возбуждения....... 122
4.2. Постановка эксперимента при измерении кинетических и термодинамических параметров........... 128
4.3. Общий ход трибохимической реакции . ,..... 130
4.4. Влияние интенсивности обработки на трибохимические реакции 139
4.4.1. Соотношение между скоростью реакции и интенсивностью обработки.............. 139
4.4.2. Об эффективности трибохимических реакций .... 145
4.5. Зависимость скорости трибохимических реакций от температуры 149
4.6. Влияние давления на трибохимические реакции..... 158
4.7. Кинетика трибосорбции........... 167
4.7.1. Обнаружение трибоабсорбции.......... 16/
4.7.2. Кинетика трибоабсорбции........ , 168
4.7.3. Факторы, влияющие на трибосорбцию...... 172
4.7.4. Профиль проникновения трибоабсорбированных газов [74
4.7.5. Десорбция трибосорбата........... 175-
4.7.6. Связь между трибоабсорбцией и трибореакциями . . . 173
4.7.7. Трибокинетическая модель......... JQQ.
. 4.8. Термодинамика трибохимических реакций...... lg^
4.8.1. Термодинамическое описание механически обработанных твердых веществ............ 18f
4.8.2. Применение термодинамики необратимых процессов к три-бохимическим реакциям.......... 192
4.8.3. Трибохимическое равновесие........ 19S
4.9. Трибохимические полиморфные переходы....... 203
Литература............... 211
5. Физические механизмы трибохимических реакций...... 217
5.1. Химическое воздействие трибоплазмы....... 217"
5.2. Роль упругих напряжений в трибохимических реакциях . . 218 5.2.1. Трибохимические реакции под действием постоянных напряжений................ 21.8
5.2.2. Трибохимические реакции под действием переменных механических напряжений..........223
5.3. Роль температуры в трибохимических процессах.....226
5.4. Химическое действие трибоэлектрических процессов . . . . 241
5.4.1. О возникновении избыточного заряда в порошке при измельчении .............• 241
5.4.2. Влияние трибоиндуцированных электростатических зарядов
на химические процессы . ........242
5.4.3. Химические реакции в трибоиндуцированном разряде . . 247
5.4.4. Химические реакции, инициированные быстрыми электронами ...............250
-5.5. Влияние удельной поверхности твердого тела на протекание трибохимических реакций............253
5.5.1. Влияние величины поверхности на реакционную способность твердого тела ..........253
5.5.2. Различные виды поверхности........253
5.5.3. Изменение размеров первичных кристаллитов при механической обработке и влияние этого процесса на реакционную способность твердого теМ.........255
5.5.4. Изменение внешней и внутренней поверхности при механическом воздействии ............258
5.5.4.1. Изменение поверхности в зависимости от типа материала .............258
5.5.4.2. Равновесие Хюттига при измельчении .... 260
5.5.4.3. Влияние внешней среды на равновесие Хюттига 263
5.5.5. Влияние внешней и внутренней поверхности твердых тел на
их реакционную способность........267
5.6. Свежая поверхность и явления переноса как факторы, влияющие на трибохимические реакции.........270
5.6.1. Сорбция и реакции газов на свежей поверхности, образующейся при механической обработке ....... 271
5.6.2. Сорбция смесей газов на свежей поверхности, образующейся при механической обработке........277
5.6.3. Трибомеханические реакции адсорбционного вытеснения 280
5.6.4. Реакции образования свежей поверхности в присутствии жидкой фазы.............282
5.6.5. Влияние эффектов переноса на реакции образования свежей поверхности . ...........2™
5.7. Механизм трибодиффузии газов.........2Ki3
5.8. Влияние поверхностных слоев на протекание трибохимических реакций (эффект поверхностного слоя).......292
5.9. Влияние трибохимических структурных изменений на реакционную способность твердого тела ......... 295
5.9.1. Влияние дефектов кристалла на его реакционную способность ...............295
5.9.1.1. Влияние степени разупорядочения на реакционную способность...........295
5.9.1.2. Зависимость реакционной способности твердых тел
от распределения дефектов в кристалле . . . 300
5.9.1.3. Связь между структурой и реакционной способностью в присутствии нескольких типов дефектов в твердом теле..... .....302
5.9.2. Корреляция между стуктурой отдельных дефектов и реакционной способностью твердых тел.......304
5.9.2.1. Влияние дислокаций на реакционную способность твердых тел...........305
5.9.2.2. Влияние атомных решеточных дефектов на протекание трибохимических реакций......308
5.9.2.3. Роль радикальных состояний в трибохимических реакциях ............ 308
Литература............... 314
6. Трибохимические реакции в специальных системах..... 321
6.1. Трибохимические реакции в твердых веществах с разными типами связи............... 321
6.1.1. Трибохимия карбида кремния........ 321
6.1.1.1. Структура и поведение карбида кремния в химических реакциях.......... 321
6.1.1.2. Изменения структуры карбида кремния при трибо-механической обработке ........ 322
6.1.1.3. Трибосорбция на карбиде кремния..... 325
6.1.1.4. Трибохимические реакции на карбиде кремния 328
6.1.1.5. Обобщение статистической модели реакции для других твердых веществ......... 335
6.1.2. Трибохимия кварца........... 338
6.1.2.1. Структура и свойства кварца...... 338
6.1.2.2. Изменения структуры кварца при трибомеханиче-
ской обработке.......... 340
6.1.2.3. Корреляции между стуктурой и активностью механически обработанного кварца ...... 347
6.1.3. Трибохимия апатитов.......... 357
6.1.3.1. Структура апатитов......... 357
6.1.3.2. Трибомеханические изменения структуры и реакционной способности апатитов ....... 360
6.1.3.3. Кинетика растворения активированных апатитов 367
6.2. Трибокатализ.............. 370
6.2.1. Катализ в трибохимических реакциях...... 372
6.2.2. Влияние трибомеханической обработки на площадь каталитически активной поверхности ....... 375
6.2.2.1. Изменения площади поверхности при механической обработке............. 375
6.2.2.2. Трибомеханические изменения каталитически активной поверхности.......... 376
6.2.3. Связь между нарушениями упорядоченности структуры и каталитической активностью катализаторов, подвергнутых трибомеханической обработке........ 378
6.2.4. Изменения каталитической активности за счет вторичных структурных эффектов, индуцированных трибомеханическим путем................ 382
6.2.5. Заключение............. 383
6.3. Трибохимия полимеров........... 384
6.3.1. Введение ... . . -........ 384
6.3.2. Типы механических воздействий на полимеры .... 386
6.3.3. Изменения структуры и текстуры полимеров при механи- „fi ческой обработке........... |™д
6.3.3.1. Измельчение полимеров........ ^°~
6.3.3.2. Трибохимическая деструкция полимеров . . . ~е»
6.3.4. Механизм трибохимической деструкции..... 391
6.3.5. Реакции модификации при трибохимической деструкции 39о
6.3.5.1. Реакции модификации в системе полимер — полимер 393
6.3.5.2. Реакции модификации в системе полимер — мономер 397
6.4. Трибоанализ.............. 400
6.5. Препаративные Трибохимические реакции...... 404
6.6. Трибохимические процессы на твердых электродах .... 406
6.6.1. Введение.............. 406
6.6.2. Термодинамика............ 407
6.6.2.1. Интегральные процессы........ 407
6.6.2.2. Локальные процессы......... 413
6.6.3. Кинетика.............. 421
6.6.3.1. Влияние ударной обработки твердых электродов на условия диффузии со стороны электролита в граничном слое............ 421
6.6.3.2. Влияние ударной обработки твердых электродов на
•* электрокристаллизацию металлов..... 423
6.6.3.3. Влияние макроскопической деформации на кинетику электродного растворения металлов .... 426-
6.6.3.4. Трибодиффузия в твердой части граничного слоя 430
6.6.4. Трибохимия твердых электродов в технике .... 432
6.6.4.1. Механически активированное гальваническое осаждение.............. 432
6.6.4.2. Процессы резания металлов в присутствии электролитов .............' 434
6.6.4.3. Электрохимическая трибокоррозия..... 435
6.6.5. Заключительные замечания......... 440
Литература . f.......... 441
7. Применение трибохимии в технологии.........452
7.1. Введение...............452
7.2. Трибохимические процессы в перерабатывающей промышленности .................453
7.2.1. Технологические аспекты трибохимических процессов . . 453
7.2.1.1. Трибореакторы и установки для активации трибохимических процессов.........453
7.2.1.2. Особенности трибохимических процессов в перерабатывающей промышленности......4оо
7.2.2. Значение трибохимии в химической и металлургической промышленности............460
7.2.2.1. Трибохимические процессы в системах газ — твердое вещество...........460
7.2.2.2. Трибохимические процессы в системе жидкость — твердое вещество..........466
7.2.2.3. Трибохимические процессы в системах из различных твердых веществ..........477
7.2.2.4. Трибохимические реакции неорганических твердых
, веществ с органическими реагентами .... 479-
7.2.2.5. Заключение.......... .
7.2.3. Трибохимия строительных материалов......484
7.2.3.1. Трибохимическая активация SiO2 в производстве силикатных бетонов.........485-
7.2.3.2. Трибомеханическая активация цемента и цементных агрегатов............485
7.2.3.3. Образование связующих материалов из трибомеха-нически активированного исходного сырья . . . 494
7.2.3.4. Спекание механически активированных твердых веществ .............498
7.3 Воспламенение металлов при трибохимических реакциях . . 500
7.3.1. Горение металлов в технике.........506
7.3.2. Механизм горения металлов........507
7.3.3. Причины воспламенения металлов.......508
7.3.4. Трибохимическое воспламенение.......509
7.3.4.1. Воспламенение при обработке металлов в вибрационных мельницах..........509
7.3.4.2. Трибохимическое воспламенение в технике . . 513
7.3.5. Меры для предотвращения воспламенения металлов , . 515
Цена: 300руб.
