Қысым кезінде металмен не болады?

Металдар адам өмірінде маңызды орын алады — оларды тұрмыстық техникадан бастап ірі өндірістік құрылғыларға дейін кез келген салада кездестіруге болады. Олардың беріктігі, иілімділігі және тозуға төзімділігі оларды таптырмас материалға айналдырды. Алайда ең қатты металлдың өзі күшті қысымның әсерінен құрылымдық өзгерістерге ұшырайды. Қысымның әсері атомдық деңгейде жүретін күрделі физикалық процестермен байланысты. Металл ішіндегі бөлшектердің қозғалысы мен өзара әрекеттесуі оның қасиеттерін түбегейлі өзгертеді.

Қысымның кристалдық торға әсері

Металл атомдары белгілі бір ретпен орналасқан кристалдық тор түзеді. Қысым артқан кезде бұл атомдар бір-біріне жақындай түседі, нәтижесінде электрондық байланыстар қайта түзіледі.

Қысымның әсерінен мынандай өзгерістер байқалады:

• заттың көлемі азаяды;
• тығыздық артады;
• атомдар арасындағы қашықтық қысқарады;
• ішкі кернеу мен энергия өседі.

Қысым шамалы болған жағдайда металл бастапқы қалпына қайта оралуға қабілетті. Ал әсер күшейгенде оның құрылымы қайта қалыптаспайтын деформацияға ұшырайды.

Металлдың деформация кезеңдері

Металлдың қысым әсерінен өзгеруі бірнеше сатыда жүреді. Әр кезең оның беріктік қасиетін және сыртқы күшке төтеп беру мүмкіндігін сипаттайды.

1. Алғашқы кезеңде металл серпімді деформацияға ұшырайды. Атомдар аздап жылжиды, бірақ бастапқы орналасуын сақтайды. Қысым тоқтағаннан кейін материал өз пішінін қалпына келтіреді.
2. Екінші кезеңде аққыштық шегі байқалады. Бұл кезде атомдар арасындағы байланыстар әлсіреп, металл тұрақты түрде иіле бастайды. Мысалы, алюминий парағы қатты иілгеннен кейін бұрынғы қалпына келмейді.
3. Үшінші сатыда пластикалық деформация жүреді. Атом қабаттары бір-біріне қатысты сырғиды, материал жаңа пішінге енеді. Мұндай процесс соғу, престеу және прокаттау кезінде кеңінен қолданылады.
4. Қысым тым жоғары болған жағдайда бұзылу сатысы басталады. Ішкі ақаулар жиналып, микрожарықтар пайда болады, нәтижесінде металл морт сынады.

Осы кезеңдер металлдың беріктігі мен икемділігіне әсер етеді және оның физикалық қасиеттерін өзгертеді.

Қысым мен фазалық ауысу

Өте жоғары қысым кезінде металлдың ішкі құрылымы түбегейлі өзгеруі мүмкін. Мұндай жағдайда кристалдық тордың түрі ауысып, жаңа қасиеттерге ие болады.

1. Темір шамамен миллион атмосфера қысымда құрылымын өзгертеді. Бұл процесс Жердің немесе басқа планеталардың терең қабаттарында жүреді.
2. Әдетте жұмсақ болып саналатын натрий жоғары қысымда мөлдір күйге өтіп, электр өткізгіштігін жоғалтады. Бұл мысал қысымның электрондық құрылымға әсерін көрсетеді.
3. Алюминий де осындай жағдайда тығызырақ формаға ауысып, қаттылығы артады. Мұндай құбылыстар материалтану ғылымында жаңа берікті қоспалар алуға мүмкіндік береді.

Фазалық ауысу кезінде металл тек сығылмайды, ол өзінің атомдық табиғатын өзгертеді.

Өндірістегі қолдану мысалдары

Қысымның металл қасиеттеріне әсері өнеркәсіпте кеңінен пайдаланылады. Инженерлер оны материалдың сапасын арттыру және жаңа бұйымдар жасау үшін қолданады.

• соғу кезінде болат қатты механикалық қысымға ұшырап, құрылымы тығыздалады және саңылаулар жойылады;
• прокаттау процесі кезінде металл жіңішкеріп, сонымен қатар беріктігі мен икемділігі артады;
• алюминий қоспаларын престеу арқылы жоғары тығыздықтағы бұйымдар алынады, олар ұшақ және көлік өндірісінде пайдаланылады;
• зертханаларда аса жоғары қысым жағдайында жаңа фазалар түзіліп, ерекше қасиеттерге ие материалдар жасалады.

Осылайша, қысым металлды тек өзгертуші күш емес, оның сапасын жетілдіретін құралға айналған.

Табиғаттағы қысым әсері

Табиғи ортада да қысымның әсері ерекше байқалады. Жер қойнауында және басқа планеталарда металдар орасан зор қысым жағдайында болады.

1. Жердің ядросында темір мен никель өте тығыз күйде кездеседі. Осындай қысым олардың құрылымын өзгертеді және планетаның магнит өрісін қалыптастырады.
2. Метеориттердің құрамындағы металдық қоспалар ғарыштағы соқтығысу кезінде жоғары қысым нәтижесінде пайда болған. Олар ерекше қаттылық пен коррозияға төзімділікке ие.
3. Юпитер сияқты алып планеталардың ішкі қабаттарында ғалымдар қысымның әсерінен пайда болған металдық сутек бар деп есептейді. Бұл құбылыс Жер жағдайында мүмкін емес.

Бұл мысалдар қысымның ғаламдық процестердегі рөлін айқын көрсетеді.

Металл қысымның әсерінен ерекше қасиеттерге ие болып, өзінің құрылымын өзгертеді. Атомдар арасындағы байланыстар қайта түзіліп, жаңа күйге өтеді. Адамзат осы табиғи құбылысты пайдалана отырып, берік және төзімді материалдар жасауды үйренді. Табиғаттың өзі көрсеткендей, уақыт пен қысым – кез келген заттың болмысын өзгертетін ең қуатты күштердің бірі.