Тепловое разрушение

Тепловая устойчивость материала определяется энергией межмолекулярной/межатомной связи. Чем выше эта энергия, тем выше температура и больше теплота плавления. Большая величина энергии связи характеризует способность к образованию решеток с высокой нагревостойкостью, механической и электрической прочностью. В зависимости от скорости нагревания тепловое разрушение представляет собой плавление или испарение (сублимацию) твердого тела.

Плавление сопровождается значительными и даже катастрофическими изменениями физических свойств материала. Поэтому возникновение условий для начала плавления по - существу и предвосхищает отказ элемента. Кристаллические вещества переходят в жидкое состояние при определённой температуре, или в очень узком диапазоне температур, тогда как аморфные – не имеют фиксированной температуры плавления и переходят в жидкое состояние постепенно размягчаясь. Процесс плавления твердого тела характеризуется температурой и теплотой плавления (количеством энергии, необходимым для плавления одного моля вещества при постоянной температуре), значения которых возрастают с увеличением энергии связи. Наблюдаемая корреляция между плавлением и механическим разрушением соответствует связи между пластической деформацией и разрушением: элементарные акты при плавлении и пластической деформации полагаются одинаковыми (при пластической деформации наступает локальное плавление вследствие повышения температуры в узкой зоне вдоль плоскости скольжения за счет энергии внешнего источника).

Во всяком случае, имеющиеся данные свидетельствуют о близкой природе физических процессов механического и теплового разрушения материала. На взаимную связь этих процессов указывает, в частности, то, что одновременное действие механической нагрузки и нагревания оказывает одинаковое совокупное действие, ускоряющее разрушение металла.

При очень больших скоростях нагрева твёрдое тело не плавится, а испаряется (сублимирует). Особенно существенно сублимация материала сказывается на работоспособность объекта в условиях глубокого вакуума. Для испарения молекула твёрдого тела должна приобрести энергию выше теплоты сублимации, которая определяется зависимостью давления паров вещества от температуры. Скорость испарения любого твёрдого тела в вакууме экспоненциально зависит от температуры (по типу формулы Аррениуса), т.е. пропорциональна exp(-E_s/RT), где E_s - энергия сублимации.

При испарении твердого тела кристаллическая решетка полностью разрушается; скорость теплового разрушения твердого тела зависит от подводимой энергии, давления, структуры тела и ее дефектности.

При термическом испарении в вакууме чистых металлов, сплавов, окислов металлов, диэлектриков, полупроводников, так же как и при их механическом разрушении, наблюдаются одинаковые закономерности; температурно-временная зависимость механической и тепловой прочности твердого тела выражается аналогичными экспоненциальными зависимостями; время испарения уменьшается экспоненциально с повышением температуры тела и уменьшением теплоты испарения.