Физико-химические и размерные эффекты при изготовлении и эксплуатации высокотемпературных наноструктурированных материалов

Основные физико-химические эффекты, обуславливающие процессы, протекающие при изготовлении и использовании ВТМ, прямо или косвенно связаны с воздействием на структурные элементы объекта теплового поля. Нагрев приводит к активации в материале движения элементов фаз, слагающих объект, результатом чего является формирование вторичных энергетических полей: механического, химического, электромагнитного и др.

Таблица 4 Примеры некоторых проявлений различных видов энергии

Вид энергии	Форма движения материи	Вид проявления
Механическая энергия	Движение тел и частиц	Перемещение, вращение, колебания твердых тел, жидкости, газа, молекул, атомов
Упругая деформация	Сжатие, изгиб, растяжение, кручение твердых тел
Взаимодействие между частицами	Силы поверхностного натяжения, капиллярности, сорбции
Тепловая энергия	Тепловое движение частиц (в том числе хаотичное и направленное)	Перемещение, смещение, вращение, колебания частиц; Смещение зарядов, возбуждение электронных орбит
Энергия фазовых переходов	Фазовые переходы первого рода	Изменение: агрегатного состояния, кристаллической структуры; растворение кристаллов
Фазовые переходы второго рода	Поляризация диэлектриков; пере-ход в сверхпроводящее состояние
Химическая энергия	Химические реакции	Соединение: окисление, рекомбинация, полимеризация, гидратация, ионизация присоединения Разложение: диссоциация, дегидратация Замещение: в кристаллах, в электролитах, на границе раздела сред
Ядерная энергия	Синтез и деление ядер	Спонтанное, управляемое, импульсное
Аннигиляция	Атомов, молекул, макросистем
Энергия полей	Гравитационное взаимодействие тел	Притяжение, гравитационные волны, коллапс
Электрическое поле	Поле зарядов, поляризация
Магнитное поле	Намагничивание, Взаимодействие токовых систем
Электромагнитное поле	Электрический ток, электромаг-нитные волны, МГД–волны
	Поле внутриядерных сил	Силы спиновой ориентации

Физико-химические эффекты, как результаты взаимодействия полей и физических объектов необходимо рассматривать и описывать на двух уровнях. Потенциал и структура возникающих энергетических полей и соответственно результирующих макроэффектов - верхний иерархический уровень - в большей степени определяют параметры физических элементов материала - частиц в твердом, жидком и газообразном состоянии. К ним относят суммарные, часто зрительно фиксируемые изменения объекта: объемные изменения (рост или усадка), пластическая деформация, разрушение за счет образования макротрещин, разрушение за счет химической коррозии и т.д. Эффекты нижнего уровня (на наноуровне) проявляются на структурных элементах фаз материала, величина и структура которых часто связана со стехиометрией и дефектами кристаллов, гомогенностью, строением пор.

Таблица 5 Примеры физико-химических эффектов

Наименование эффекта	Воздействие	Объект	Результат воздействия	Краткая сущность эффекта
Архимеда эффект (закон)	Гравита-ционное поле	Тело, погружен-ное в жидкость	Сила, движение	Образование выталкивающей силы
Всемирное тяготение	Гравита-ционное поле	Материальная точка	Силовое поле, движение	Действие на тело силы гравитации пропорциональной массе тала
Диффузия	Тепловое поле	Вещество	Движение	Взаимное проникновение соприкасающихся веществ вследствие теплового движения частиц
Упругая деформация	Сила	Твердое тело	Сила, перемещение	Обратимое изменение размеров тела в период действия сил
Внутреннее трение	Сила	Твердое тело	Перемещение, тепловое поле	Превращение механической энергии в тепловую в процессе деформирования
Нагревание при деформации	Сила	Твердое тело	Тепловое поле, перемещение	Переход части работы, затрачиваемой на изменение размеров или объема тела, в тепловую энергию
Продолжение таблицы 5
Тепловое расширение твердых тел	Тепловое поле	Твердое тело	Сила, перемещение	Изменение размеров или формы тела в процессе его изобарического нагревания
Теплопроводность	Тепловое поле	Твердое тело	Тепловой поток	Возникновение теплового потока под действием градиента температур
Ультразвуковое диспергирование	Звуковое поле (ультра-звук) + силовое поле	Твердое тело	Силовое поле, движение	Измельчение твердых тел под действием ультразвуковых колебаний
Вибрационное перемещение	Сила	Элементы твердого тела	Движение	Снижение сил трения на соприкасающихся поверхностях
Термоупругий эффект	Тепловое поле (гради-ент)	Твердое тело	Сила (давление)	Появление температурных напряжений при изменении температуры тела
Плавление – кристаллизация	Тепловое поле	Твердое тело, жидкость	Сила, движение	Изменение агрегатного состояния вещества
Горение	Тепловое поле	Вещество + кислород	Тепловой поток, химическое соединение	Химическая реакция окисления