Изменение структуры

/>Изменение структуры

Кривые имеют разрывы. Это говорит о том, что опыт прерывался и от образца отрезалась тонкая пластинка для микроскопического исследования ее структуры. При каждой остановке опыта с верхнего края  образца снимался тонкий слой, из которого затем приготавливалась пластинка толщиной 0,1-0,15 мм при помощи анилинового метода, о котором говорилось выше. Показывает изменение структуры снега под давлением; первоначальная плотность снега составляла 0,37 г/см3. А показывает ледяную решетку снега до начала сжатия. Следующий снимок сделан при деформации усадки 0,67, т. е. снежный столбик был сжат до одной трети своей первоначальной высоты; на фотографии видны изменения, возникшие в ледяной решетке под давлением. Отдельные, связанные между собой ледяные кристаллы, из которых состояла решетка в начале опыта, теперь имеют новые границы. Возникновение таких ячеек может происходить разными способами. Сдвиги основных плоскостей кристаллов приводят к разделению их на отдельные части, расположенные под небольшими углами по отношению друг к другу. Некоторые близлежащие ледяные зерна под давлением могут слипаться, создавая новые очертания ледяной решетки снега. Изменение структуры может также происходить за счет перемещения обломков кристаллов, заполняющих свободные пространства между ледяными зернами.

При дальнейшем сжатии ледяная решетка совсем исчезает и снег превращается в лед, в котором содержатся отдельные пузырьки воздуха. Одновременно с таким изменением структуры увеличиваются размеры ячеек, ранее разделявших ледяные зерна; за счет исчезновения одних ячеек увеличиваются другие. Рост ячеек продолжается до тех пор, пока плотность снега не достигнет 0,8 г/см3. В последней стадии сжатия, когда плотность снега становится равной плотности льда, отдельные пузырьки воздуха превращаются в мельчайшие капилляры, вкрапленные в лед в виде темных прожилок. Необходимо отметить, что ячейки, увеличившие свои размеры в предыдущей стадии, теперь снова измельчились. Возможно, это разделение объясняется возникновением новых кристаллов, появляющихся в результате рекристаллизации.

Наблюдения за внешними проявлениями усадки. До тех пор пока деформация усадки е остается менее 0,6, т. е. пока высота образца не уменьшится до 40% первоначальной величины, оседание происходит равномерно по всей высоте снежного столбика, что подтверждается равномерным изменением промежутков между чернильными отметками на боковой стороне образца. Однако после того, как е становится больше 0,6, промежутки между отметками перестают уменьшаться; по мере увеличения давления образец начинает деформироваться в верхней и нижней частях. На этих участках происходит выпучивание снега, края образца как бы заворачиваются под давлением верхней и нижней сжимающих плоскостей, причем чернильные метки одна за другой исчезают; одновременно толщина образца в этих участках начинает заметно увеличиваться. Это показывает, что в данном случае происходит сжатие снега только в центральной части столбика. В центральной части структура снега проходит все стадии, показанные, а на периферийных участках ограничивается стадией в которой снег еще содержит значительное количество воздуха. Поэтому ледяная пластинка, полученная в результате сжатия снежного столбика под мощным прессом, имеет вид полупрозрачного диска.

Пластическое сжатие шлифов снега. Рассмотренные в предыдущем разделе изменения ледяной решетки снега под давлением можно непосредственно наблюдать под микроскопом, подвергая сжатию шлифы снега, отобранные с поверхности образца. Шлифы толщиной 0,6-0,7 мм и площадью 2-3 см2 подвергались сжатию с постоянной скоростью на предметном столике микроскопа. Для этого использовалась специальная установка, состоящая из синхронного электродвигателя с редуктором и поршнем и измерительного прибора. Шлиф устанавливался таким образом, что на одну из его сторон давил поршень, приводимый в движение электромотором, в то время как противоположная сторона шлифа упиралась в металлическую пластинку, связанную с датчиком измерительного прибора. Давление шлифа на пластинку преобразовывалось датчиком в электрический сигнал, который записывался. Чтобы исключить возможность возникновения в шлифе разрушительной усадки, скорость движения поршня была небольшой — 0,02 мм/мин. Однако из-за малой мощности синхронного электромотора усадка не могла достигать больше 20%.

Снег, из которого изготавливались шлифы, имел структуру. Испытания проводились при температуре от -8, что позволило заполнить пустоты ледяной решетки шлифа жидким анилином, предохраняющим ледяные зерна от сублимации, не препятствуя их перемещению. Шлифы фотографировались до начала сжатия, во время эксперимента и после его окончания.

Изменения, возникающие в кристаллических ледяных зернах, составляющих ледяную решетку снега. Как и при работе со снежными столбиками, во врем сжатия шлифов сила, действующая на образец, сначала растет быстро; затем после достижения точки текучести рост ее замедляется. Во время первоначального быстрого возрастания силы особых изменений в шлифе не происходит, под микроскопом заметны лишь некоторые небольшие перемещения кристаллических ледяных зерен, составляющих ледяную решетку. Однако вскоре после того, как сжатие достигает точки текучести, на ледяных зернах возникает множество линий сдвига, параллельных основным кристаллографическим плоскостям зерен. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются деформации других типов, такие, как сдвиги на границах зерен, разделение смерзшихся зерен и перемещение границ между ними, формирование воздушных ячеек в зернах, рекристаллизация, появление плоскостей изгиба, расслаивание зерен и неоднородность изгиба внутри решетки. Аналогичные виды деформации имеют место и в металлах, что было известно ранее. Однако многие из них невозможно обнаружить при изучении структуры снега в снежных столбиках, т. е. в этом случае невозможно вести непрерывные наблюдения.

Что касается миграции границ между зернами, то оказалось, что в большинстве случаев граница смещается в направлении от зерна, на котором линии сдвига менее заметны, в сторону зерна с более отчетливыми линиями сдвига. В следующем разделе статьи будет дано теоретическое обоснование направления подобной миграции.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи