Большая Советская Энциклопедия (ПЛ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ". Страница 52

Лит.: Кантор А., Пластичность, «Творчество», 1973, №9; Hetzer Th., Vom Plastischen in der Malerei, в его кн.: Aufsätze und Vorträge, [Bd] 2, Lpz., [1957], S. 131—69.

А. М. Кантор.

Пластичность (в физиологии)

Пласти'чность в физиологии, способность клеток и органов животных и растений менять в известных пределах свои свойства в зависимости от условий их функционирования. Так, говорят о П. центральной нервной системы, проявляющейся, например, в её функциональных перестройках, компенсирующих потерю той или иной части вещества мозга, о П. синапсов и т.п.

Пластичность (свойство твёрдых тел)

Пласти'чность (от греч. plastikós — годный для лепки, податливый, пластичный), свойство твёрдых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок. П. кристаллических тел (или материалов) связана с действием различных микроскопических механизмов пластической деформации, относительная роль каждого из которых определяется внешними условиями: температурой, нагрузкой, скоростью деформирования. Эти механизмы рассмотрены в порядке увеличения числа атомов, участвующих в элементарном акте пластической деформации.

Самодиффузионная и диффузионная П. Под действием сжимающих сил происходит перемещение атомных слоев кристалла с участков его поверхности, на которые эти силы действуют, на участки, где действуют растягивающие силы. Перенос массы может осуществляться посредством самодиффузии по поверхности или через объём кристалла. Если кристалл не очень мал, так что удельная его поверхность (т. е. отношение поверхности к объёму) не слишком велика, объёмная самодиффузия является наиболее эффективным механизмом. Она происходит путём «растворения», т. е. проникновения атомов поверхностных слоев внутрь кристалла в виде междоузельных атомов на участках сжатия и «выделения» их на участках, подверженных действию растягивающих сил. Одновременно в противоположном направлении идёт поток вакансий, рождающихся в окрестности приложения растягивающих сил и аннигилирующих в местах сжатия. В большинстве реальных случаев самодиффузионная деформация в основном связана с направленными потоками вакансий, которые образуются легче, чем междоузельные атомы (рис. 1).

В кристалле, состоящем из атомов разного сорта, в однородном поле напряжений происходит ориентационное упорядочение относительного расположения атомов (рис. 2, а), в результате чего кристалл приобретает некоторую зависящую от степени упорядоченности деформацию. После снятия напряжений упорядоченное состояние может быть невыгодно, но оно некоторое время сохраняется, т.к. возврат в неупорядоченное состояние происходит со скоростью диффузионных перескоков атомов. Если в кристалле создано неоднородное поле напряжений, то атомы примеси большего радиуса и междоузельные атомы (рис. 2, б) стремятся перейти в растянутые области решётки, а меньшего — в сжатые; возникает неоднородное распределение концентраций, стабилизирующее исходную неоднородную деформацию. Максимальная деформация, которая может возникнуть в результате ориентационного упорядочения или концентрационной неоднородности, ограничена составом кристалла. Таким образом, самодиффузионная и диффузионная деформации определяются потоками точечных дефектов (вакансий, междоузельных и примесных атомов). В реальных условиях перемещение дефектов происходит за счёт тепловых флуктуаций, частота которых быстро падает с понижением температуры. Поэтому эти механизмы П. действуют только при достаточно высоких температурах (не ниже 0,5 от абсолютной температуры плавления).

Краудионная П. обусловлена рождением и перемещением краудионов — сгущений атомов вдоль плотно упакованных рядов атомов в кристалле (см. Дефекты в кристаллах). При вдавливании острия в поверхность кристалла (рис. 3) материал из зоны вдавливания удаляется «разбегающимися» из-под острия краудионами, в результате чего на некотором расстоянии от точки вдавливания создаётся повышенная концентрация междоузельных атомов.

Дислокационная П. Типичный вид пластической деформации кристаллов — скольжение по кристаллографическим плоскостям. Наиболее легко скольжение происходит по плотноупакованным плоскостям вдоль плотноупакованных направлений. Скольжение по системе параллельных плоскостей даёт макроскопический сдвиг, а сочетание сдвигов, соответствующих скольжению по различным системам, составляет основную часть пластической деформации кристаллов. Скольжение происходит неоднородно: сначала оно охватывает некоторую область плоскости скольжения (рис. 4), а затем границы этой области распространяются на всю плоскость. Граница распространения скольжения называется дислокационной линией или дислокацией. Поэтому развитие скольжения можно рассматривать как образование и перемещение дислокаций. Скорость деформации пропорциональна плотности (суммарной длине дислокаций в единице объёма) и скорости перемещения дислокаций. В реальных кристаллах в процессе их образования всегда возникают дислокации, которые под действием напряжений способны увеличивать свою протяжённость (размножение дислокаций). Поэтому стадия образования новых дислокаций лишь в исключительных случаях лимитирует скольжение (например, начало деформации в без дислокационных микрокристаллах). В остальных случаях развитие скольжения определяется движением дислокаций.

Поскольку атомы вблизи дислокаций смещены из своих положений равновесия, перевод их в новые положения равновесия, отвечающие сдвигу кристалла по плоскости скольжения на одно межатомное расстояние, требует значительно меньших затрат энергии, чем для атомов в неискажённом кристалле. Энергетический барьер для смещения дислокации тем меньше, чем больше зона искажения в окрестности дислокации. По подвижности дислокации все материалы делятся на 2 группы. В ковалентных кристаллах этот барьер по порядку величины приближается к энергии межатомных связей и может быть преодолен только за счёт тепловой активации (термических флуктуаций). Поэтому подвижность дислокаций становится заметной лишь при достаточно больших температурах, а при умеренных — ковалентные кристаллы непластичны. В металлических и ионных кристаллах барьер для перемещения дислокации в 10³—10⁴ раз меньше энергии связи и исчезает при напряжениях 10^-3—10^-4G (где G — модуль сдвига); при таких напряжениях движение дислокаций не нуждается в тепловой активации и их подвижность слабо зависит от температуры. Сопротивление движению дислокаций в совершенной кристаллической решётке пренебрежимо мало, чем обусловлена высокая П. ионных и металлических кристаллов.

В реальных кристаллах имеются различные дефекты (точечные дефекты, примесные атомы, дислокации, частицы других фаз), и сопротивление скольжению зависит от взаимодействия движущихся дислокаций с этими дефектами. В беспримесных пластических кристаллах междислокационное взаимодействие является основным. Часть сопротивления скольжению, связанная с непосредственным столкновением дислокаций, может быть уменьшена за счёт тепловой активации, однако преобладающая часть обусловлена дальнодействующим взаимодействием дислокаций через собственные поля напряжений, которые они вокруг себя создают, и почти не зависит от температуры. В результате взаимодействия друг с другом дислокации тормозятся и останавливаются, поэтому для протекания деформации с постоянной скоростью необходимо непрерывное рождение новых дислокаций. Это приводит к постоянному увеличению плотности дислокаций в кристалле, которая достигает 10¹¹—10¹²см^-2; соответственно растет их взаимное сопротивление скольжению — происходит деформационное упрочнение, или наклёп кристалла.

Развитие междислокационного взаимодействия отражает диаграмма «напряжение — деформация» (рис. 5), которая в типичных случаях обнаруживает 3 характерных участка, отвечающих трём основным стадиям эволюции дислокационной структуры.