Mechanicznie stymulowana emisja gazów
Mechanicznie stymulowana emisja gazów
Fenomenologia
Mechanicznie stymulowana emisja gazów (MSGE) jest złożonym zjawiskiem obejmującym różne procesy fizyczne i chemiczne zachodzące na powierzchni iw masie ciała stałego pod wpływem naprężeń mechanicznych, w wyniku których dochodzi do emisji gazów. MSGE jest częścią bardziej ogólnego zjawiska mechanicznie stymulowanej neutralnej emisji (MSNE). Specyficzną cechą MSGE w porównaniu z MSNE jest to, że emitowane neutralne cząstki są ograniczone do cząsteczek gazu. MSGE jest przeciwieństwem mechanicznie stymulowanej absorpcji gazów, która zwykle występuje w przypadku korozji ciernej metali, ekspozycji na gazy pod wysokim ciśnieniem itp.
Istnieją trzy główne źródła MSGE:
- I. Cząsteczki gazu zaadsorbowane na powierzchni ciała stałego
- IIa. Gazy rozpuszczone w masie materiału
- IIb. Gazy okludowane lub uwięzione w mikro- i nanowoidach, nieciągłościach i defektach w masie materiału
- III. Gazy powstające w wyniku mechanicznej aktywacji reakcji chemicznych.
Ogólnie rzecz biorąc, w celu wytworzenia MSGE oddziaływanie mechaniczne na ciało stałe może być dowolnego rodzaju, w tym rozciąganie, ściskanie, skręcanie, ścinanie, tarcie, fretting, walcowanie, wgniatanie itp. We wcześniejszych badaniach przeprowadzonych przez różne grupy stwierdzono, że MSGE jest związane głównie z odkształceniami plastycznymi, pękaniem, zużyciem i innymi nieodwracalnymi modyfikacjami bryły. W przypadku odkształcenia sprężystego MSGE jest prawie nieistotne i zaobserwowano je tylko tuż poniżej granicy sprężystości z powodu możliwej deformacji mikroplastycznej. Zgodnie z głównymi źródłami emitowane gazy zawierają zwykle wodór (źródło typu IIa), argon
(dla powłok otrzymanych metodą PVD w plazmie Ar - źródło typu IIb), metanu (źródło typu III), wody (źródło typu I i/lub III), mono- i dwutlenku węgla (źródło typu I/III). Wiedza na temat mechanizmów MSGE jest wciąż niejasna. Na podstawie wyników eksperymentów spekulowano, że następujące procesy mogą być związane z MSGE:
- Transport atomów gazu przez ruchome dyslokacje
- Dyfuzja gazu w masie spowodowana gradientem naprężeń mechanicznych
- Przemiana fazowa wywołana deformacją
- Usuwanie tlenków i innych warstw powierzchniowych, które uniemożliwiają wydostawanie się rozpuszczonych atomów na powierzchnię
- Rozszerzenie wolnej powierzchni
Efekt termiczny wydaje się być nieistotny dla emisji gazów w warunkach małego obciążenia.
Terminologia
Powstający charakter tej interdyscyplinarnej dziedziny nauki znajduje odzwierciedlenie w braku ugruntowanej terminologii. Istnieją różne terminy i definicje używane przez różnych autorów w zależności od głównego zastosowanego podejścia (chemiczne, fizyczne, mechaniczne, nauka o próżni itp.), Specyficznego mechanizmu emisji gazów (desorpcja, emanacja, emisja itp.) oraz rodzaju aktywacji mechanicznej ( tarcie, przyczepność itp.):
- Odgazowywanie stymulowane mechanicznie (MSO)
- Trybodesorpcja
- Triboemisja,
- fraktoemisja
- Emisja atomowa i molekularna
- Odgazowywanie stymulowane tarciem
- Odgazowywanie stymulowane deformacją
Desorpcja (trybodesorpcja, fraktodesorpcja itp.) odnosi się do uwalniania gazów rozpuszczonych w masie i zaadsorbowanych na powierzchni. Dlatego desorpcja jest tylko jednym z procesów przyczyniających się do MSGE. Odgazowanie to termin techniczny zwykle używany w nauce o próżni. Zatem termin „emisja gazów” obejmuje różne procesy, odzwierciedla fizyczną naturę tego złożonego zjawiska i jest preferowany do stosowania w publikacjach naukowych.
Obserwacje eksperymentalne
Ze względu na niską emisję eksperymenty powinny być prowadzone w ultrawysokiej próżni ( UHV ). W niektórych badaniach materiały były wcześniej domieszkowane trytem . Szybkość MSGE mierzono następnie na podstawie wyniku radioaktywności z materiału pod przyłożonym naprężeniem mechanicznym.