Учёные и инженеры лаборатории физической акустики проводят исследования по следующим научным направлениям:
1. Выращивание кристаллов триглицинсульфата (ТГС) и исследование в них фазового перехода методом акустической эмиссии.
Краткие сведения о выполненной работе.
Методом понижения температуры выращены из раствора монокристаллы ТГС необходимых размеров для проведения экспериментальных исследований методом АЭ.
Проведен анализ АЭ выращенных кристаллов ТГС при нагреве до температур выше точки Кюри (49°С) и при последующем охлаждении до комнатной температуры. Обнаружены изломы на кривой накопления параметра АЭ RMS – среднеквадратичного значения напряжения акустоэмиссионного сигнала, что свидетельствует о чувствительности данного параметра АЭ к динамике структурных изменений кристалла.
Проведены сравнительные температурные испытания методом АЭ образцов кристаллов ТГС номинально чистых (промышленного производства) и выращенных в лаборатории с дефектами роста. Спонтанная поляризация в дефектном ТГС при фазовом переходе типа “беспорядок-порядок” порождает сотни и тысячи событий АЭ и продолжается в течение нескольких суток наблюдения. Дефекты препятствуют росту доменных стенок, затормаживают формирование упорядоченной структуры и затягивают во времени процесс спонтанной поляризации. В номинально чистом кристалле ТГС вследствие отсутствия дефектов процесс спонтанной поляризации завершается в течение нескольких секунд, и за весь эксперимент наблюдаются единицы событий АЭ.
Проведены исследования АЭ в процессе вынужденного переключения доменов в ТГС в постоянном электрическом поле. Динамика АЭ изучена в процессе нагрева/охлаждения ТГС в присутствии поля с переходом через Т°К (точку Кюри), а также при статических температурах: а) комнатной (22°С); б), вблизи к Т°К, (45°С) и в) выше Т°К, (60°С).
Влияние степени дефектности ТГС: активность АЭ, то есть количество событий в единицу времени, в присутствии внешнего электрического поля возрастает со степенью дефектности образца.
Влияние напряженности поля: установлено, что АЭ, сопровождающая процесс переключения доменов и превышающая шумовой порог 22 дБ, регистрируется, начиная со значений напряженности приложенного поля, выше ~57-63В•см. С ростом напряженности поля расширяется амплитудный спектр АЭ за счет появления средних и максимальных амплитуд. Однако,
если вектор поля направлен под углом, меньшим 90° к полярной оси, то
вследствие уменьшения величины перпендикулярной составляющей максимальные амплитуды в спектре АЭ уменьшаются с 60 до 40 дБ.
Влияние температуры: с ростом температуры от комнатной до Т°К
повышается подвижность доменов, и процесс их переключения облегчается,
соответственно возрастает активность АЭ. В кристалле ТГС при 45ºС в приложенном поле, перпендикулярном к поляризационной оси, перестройка доменов, которая сопровождается заметной активностью АЭ, начинается с 2кВ. При усилении поля до 2,4кВ спектр АЭ расширяется за счет сигналов больших амплитуд 45-50 дБ, что объясняется включением в процесс переключения более крупных доменов. При смене полярности поля с напряжением выше 2кВ начинался обратный разворот доменов, заметный по АЭ, но активность АЭ уменьшается вдвое. При усилении поля до 2,4кВ, активность АЭ возрастает, но расширение амплитудного спектра АЭ не достигает уровня прежнего опыта. Предположительно, в процесс обратного переключения вовлечены только домены, не успевшие до конца перестроиться в направлении первоначально приложенного поля.
2. Исследования акустической эмиссии при термодеструкции веществ.
Краткие сведения о выполненной работе.
Методами акустической эмиссии (АЭ), дериватографии, сканирующей электронной микроскопии и рентгено-дифракционного анализа проводятся исследования термодеструкции гидрокарбоната калия (KHCO3) , перманганата калия (KMnO4) и других веществ.
Показано, что температурные пределы термодеструкции гидрокарбоната калия и его превращения в карбонат калия, можно отслеживать по активности акустической эмиссии, сопровождающей этот процесс. Изменяя количество вещества от единичных кристаллов, монослоя свободно лежащих кристаллов и до тысяч кристаллов, спрессованных в таблетку, путем нагрева образцов с постоянной скоростью от 20°С до 250°С по моменту возникновения АЭ удалось уточнить границы диапазона температур начала термодеструкции до 130-150°С, что соответствует в среднем в 5 раз меньшему разбросу, чем указанный разброс в существующей литературе. При нагреве таблеток из данного вещества обнаружены две непересекающиеся по температуре области активности акустической эмиссии. В области температур 30 – 90ºC АЭ генерируется в процессе освобождения
упругой энергии, запасенной в кристаллах при изготовлении таблеток, а также в процессе выхода сорбционной воды. Во 2-й области – от 130 до 200°C – АЭ порождается термодеструкции KHCO3 с превращением его в карбонат калия (K2HCO3).
Термодеструкция гидрокарбоната калия с превращением его в карбонат калия играет ключевую роль в технологии получения его в промышленных масштабах, а также в процессе восстановления адсорберов углекислого газа, одного из основных загрязнителей атмосферы. Результаты проведенной НИР показывают, что начало и верхний температурный предел цикла регенерации сорбента можно уверенно контролировать методом АЭ. Полученные данные очень важны для коррекции температурного режима технологического процесса в реальном масштабе производства, в частности, при утилизации углекислого газа от работающих на угольном топливе ТЭЦ.
3. Исследования методом акустической эмиссии процессов механического разрушения керамзитобетона и гранита (совместно с Худжандским научным центром).
Краткие сведения о выполненной работе.
В результате первоначального и повторного нагружений образцов, проведенных трехточечным изгибом, в керамзитобетоне впервые зафиксирован эффект Кайзера, который в акустоэмиссионных испытаниях материалов проявляется отсутствием акустической эмиссии в материале до тех пор, пока не превышен уровень предыдущего воздействия.
Проведен статистический анализ параметра АЭ – временного интервала – ΔТ между соседними событиями АЭ в процессе разрушения модельного композиционного материала на основе цементного камня. Установлено, что в финальной стадии разрушения образцов образование микротрещин (генерация событий АЭ) является пуассоновским процессом, то есть происходит взаимонезависимо.
Данные об испытаниях гранита находятся в обработке. Подробную информацию об исследованиях, описанных выше, можно почерпнуть из Перечня опубликованных работ.