Механохимические аппараты и методы оценки их эффективности: Учебное пособие, страница 7

Качественное различие в способах релаксации напряжения при механической обработке отражается и на характере влияния механической обработки на физико-химические свойства твердого вещества. В то время как при хрупком разрушении активируется только небольшая часть кристалла, прилегающая к поверхности, пластическая деформация охватывает весь объем. Нарушения при пластической деформации являются более глубокими, резко возрастает запасенная энергия, значительно улучшаются условия для перемешивания материала в частице. Все это влечет за собой и более сильное изменение химических свойств вещества в результате механической обработки. Иногда это различие носит не только количественный, но и качественный характер. Рассматривая механическую активацию как некоторую разновидность химических процессов, протекающих в твердой фазе, авторами [41] предложена кинетическая модель активации. Согласно этой модели первоначально (пока частицы достаточно крупные) главным результатом механического воздействия является разрушение. По мере появления в ходе разрушения мелких частиц закритических размеров и увеличения их относительной доли процесс диспергирования сменяется активацией. Продолжительность периода накопления этих мелких частиц соответствует обычному для кривых «время-активация» индукционному периоду. Другим критерием того, чтобы механическое активирование имело место, является необходимая мощность механического импульса, достаточная для проведения процесса пластической деформации. Если конструкция машины такова, что мощность импульса окажется недостаточной для пластической деформации, то никакой активации не будет, а будет происходить только измельчение, как долго бы ни проводилась механическая обработка.

Таким образом, согласно [41], чтобы в аппарате происходила активация, необходимо, чтобы, во-первых, в порошке материала имелись частицы с размерами меньше предела разрушения и, во-вторых, чтобы мощность механического импульса, воспринимаемого такой частицей, была выше некоторого порога. И критический размер, и критическая мощность определяются положением точки вязкохрупкого перехода.

Следовательно, активации предшествует период измельчения, в течение которого образуются частицы необходимого размера (индукционный период). Момент начала активации приходится на момент прекращения или замедления разрушения. Активатор является одновре­менно и эффективным измельчителем, поскольку импульс, способный вызвать активацию, может и разрушить любую частицу, не достигшую предела разрушения. Количество активирующих импульсов определяет скорость активации, поэтому любой активатор автоматически оказывается эффективным измельчителем.

Поскольку лишь импульсы с мощностью выше некоторой пороговой могут вызывать активацию, доля таких импульсов может рассматриваться [40] как характеристика «качества» механической энергии в аппарате. Чем выше эта доля, тем больше интегральный энергетический выход активации (количество проактивированного материала на единицу энергии) в аппарате. Аппарат, в котором все импульсы имели бы мощность выше порога активации, был бы предельно эффективным аппаратом, в том смысле, что энергетический выход активации в нем достиг бы теоретического предела, определяемого природой процесса активации. И наоборот, если достаточно мощных ударов нет, активация в аппарате происходить не будет. Изменением режима работы аппарата можно добиться исчезновения или появления активации – наблюдается вышеупомянутый пороговый эффект.