Разработка метода и аппаратуры, базирующейся на разрешенной во времени механолюминесценции, для исследования разрушения оптических материалов и полимеров при сухом трении и ударных воздействиях

• Автор: Мамалимов, Рустам Исмагилович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 103 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор методов и экспериментальных установок для изучения механолюминесценции диэлектриков
1.1. Современные представлениям природе механолюминесценции
1.2. Схемотехника аппаратурной реализации метода
механолюминесценции
Выводы по главе
Глава 2. Разработка установок и экспериментальных методик для исследования разрушения оптических материалов и полимеров при сухом
трении и ударном воздействии
21. Установки и методики для исследования динамики и спектров механолгоминесценции оптических и полимерных материалов при сухом трении
2.2. Установка для изучения механолюминесценции оптических и полимерных материалов при ударных воздействиях
2.3. Вспомогательные инструментальные средства для обеспечения
экспериментальных исследований
Выводы по главе
Глава 3. Исследование природы. и динамики сигналов механолюминесценции применительно к контролю разрушения
оптических и полимерных материалов
3 .1. Механолюминесценция кварца при трении о сталь
3.2. Исследование спектров механолюминесценции, возбуждаемых при: трении, кварцевых стекол и кристаллов
3.3. Исследование спектров механолюминесценции, возбуждаемых при трении;органических стекол
3.4. Исследование возможности контроля разрушения диэлектриков при ударных воздействиях по сигналам механолюминесценции и акустоэмиссии
3.5. Исследования формы индивидуальных вспышек
механолюминесценции оптических и полимерных материалов, возбуждаемой ударными воздействиями
3.6. Исследование взаимосвязи времен роста трещин и интенсивности вспышек механолюминесценции
3.7. Исследование динамики интенсивности вспышек
механолюминесценции, возбуждаемой с помощью сухого трения для
изучения и контроля распределения трещин по размерам
Выводы по главе
Глава 4. Изучение кинетики затухания сигналов механолюминесценции для идентификации разрушаемого материала
4.1. Исследование температурной зависимости затухания интенсивности вспышек механолюминесценции
4.2. Исследование зависимости времени релаксации электронного возбужденного состояния от химической структуры свободных радикалов
4.3. Исследование температурной зависимости времени “задержки”
возгорания вспышек механолюминесценции
Выводы по главе
Заключение
Литература

Введение
В технологических изделиях, созданных на основе оптических стекол, кристаллов и полимерных материалов под влиянием механических воздействий — ударов и трения - накапливаются микротрещины, что приводит к их разрушению. Наличие информации о трещинообразовании непосредственно в процессе эксплуатации изделий из таких материалов либо в процессе их производства позволит контролировать и прогнозировать срок их службы. Это обуславливает необходимость создания метода и аппаратуры, которые позволили бы наблюдать зарождение, накопление и динамику роста трещин, образующихся в изделиях из оптических и полимерных материалов, подвергаемых нагрузкам при сухом трении или при ударных воздействиях, и на этой основе разрабатывать рекомендации их оптимальной эксплуатации в конкретных технологических условиях. Результаты аналитического обзора спектральных методов, позволили предположить, что перспективным, применительно к исследованию разрушения изделий из оптических стекол, кристаллов и полимеров, может являться метод, базирующийся на разрешенной во времени механолюминесценции (МЛ). Этот метод позволяет получить информацию о «разорванных» химических связях, которые, как известно, располагаются на поверхностях трещин. Метод, базирующийся на разрешенной во времени МЛ, может быть также использован для контроля процесса трещинообразования с одной стороны и идентификации разрываемых химических связей в оптических и полимерных материалах с другой. На практике такие исследования могут быть полезны при выборе состава материалов'для изготовления различных оптико-механических изделий, предназначенных для использования в условиях механических ударных воздействий или- сухого трения (например, в условиях космического вакуума или в специальных вакуумных установках), а также для оптимизации процессов их эксплуатации. Так, например, полимерные материалы (фторопласт,

также зависимость МЛ от различных факторов (температуры, давления и т.д.). Исследование кинетики МЛ дает важные сведения о процессах разрыва химических связей. Непосредственный интерес также представляет изучение накопления дефектов в разрушаемых материалах. Эффект накопления дефектов может быть создан благодаря непрерывному

разрушающему воздействию, оказываемому на объект исследования.
Для исследования кинетики МЛ при сухом трении была построена установка, схематически изображенная на рис. 2.1.1. Установка включает в себя рычажный механизм, обеспечивающий прижимание образца (поз.2), находящегося на одном плече рычага, к вращающемуся стальному валу (поз.З) с помощью груза (поз.1), находящегося, на другом плече рычага. Вращающийся стальной вал (поз.З) обеспечивает при соприкосновении с образцом (поз.2) обеспечивает возникновение светового сигнала со средней интенсивностью, постоянной во времени. Интенсивность светового сигнал зависит от массы груза (поз.1). Чем больше масса груза, тем интенсивнее сигнал МЛ. Для обеспечения минимальных световых потерь использовался кварцевый фокощ узкий конец которого вплотную прижимался к фотокатоду ФЭУ.
Предложенная нами экспериментальная методика исследования кинетики МЛ, заключается’ в следующем. Образец (поз.2) помещался в зажимное приспособление. Следует отметить, что все испытуемые образцы представляли собой параллелепипеды толщиной 5 мм с сечением 20*30 мм. С торца в образцах высверливались отверстия диаметром 0;5 мм, в которых размещалась хромель-копелевая (ХМК) термопара, с помощью которой- осуществлялось измерение температуры. С помощью груза (поз.1) определенной массы образец прижимался к вращающемуся стальному валу (поз.З). Частота вращения вала была равной 27 Гц. Возникающее излучение фокусировалось фоконом (поз.4) на фотоэлектронный умножитель ФЭУ-136 (поз.5). Сигналы с ФЭУ оцифровывались 12-ти битным аналогово-цифровым преобразователем