Физика Земли, 2020, № 6, стр. 106-112

Нанотрещины при разрушении кварца

В. И. Веттегрень 12*, А. В. Пономарев 1, Р. И. Мамалимов 12, И. П. Щербаков 2

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

2 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
г. Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: Victor.Vettegren@mail.ioffe.ru

Поступила в редакцию 06.04.2020
После доработки 13.05.2020
Принята к публикации 14.06.2020

Аннотация

Получен спектр и исследованы временные зависимости сигналов фрактолюминесценции при разрушении поверхности кварца. Анализ полученных данных показал, что при разрушении появляются кластеры из 4 трещин, размер которых составляет несколько нанометров. Образование трещин связывается с разрушением барьеров, препятствующих движению дислокаций по плоскостям скольжения. Распределение трещин по размерам (площадям поверхности их берегов) подчиняется закону Гуттенберга–Рихтера.

Ключевые слова: фрактолюминесценция, нанотрещины, нанокристаллы, кварц.

DOI: 10.31857/S0002333720060125

Список литературы

  1. Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г. Эволюция микроскопических трещин и пор в нагруженных твердых телах // Физика твердого тела. 2005. Т. 47. Вып. 5. С. 801–807.

  2. Веттегрень В.И., Соболев Г.А., Пономарев А.В., Щербаков И.П., Мамалимов Р.И. Наносекундная динамика разрушения поверхностного слоя гетерогенного нанокристаллического тела (песчаника) при трении // Физика твердого тела. 2017а. Т. 59. С. 931–934.

  3. Веттегрень В.И., Пономарев А.В., Щербаков И.П., Мамалимов Р.И. Влияние структуры гетерогенного нанокристаллического тела (песчаника) на динамику накопления микротрещин при трении // Физика твердого тела. 2017б. Т. 59. С. 1557–1560.

  4. Веттегрень В.И., Пономарев А.В., Arora K., Raza Haris, Мамалимов Р.И., Щербаков И.П., Фокин И.В. Наносекундная динамика разрушения гетерогенных природных тел при трении // Физика твердого тела. 2018. Т. 60. С. 2266–2264.

  5. Веттегрень В.И., Пономарев А.В., Мамалимов Р.И., Щербаков И.П. Микротрещины в гетерогенном твердом теле (песчанике) при трении // Физика твердого тела. 2019а. Т. 61. С. 1318–1321.

  6. Веттегрень В.И., Пономарев А.В., Мамалимов Р.И., Щербаков И.П., Арора К., Шринагеш Д. Микротрещины в базальте и тоналите при трении // Физика Земли. 2019б. № 6. С. 1–6.

  7. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. Металлургия: М. 1984. 280 с.

  8. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. Изд. 2. М.: Эдиториал УРСС. 2001. 896 с.

  9. Журков С.Н., Куксенко В.С., Петров В.А. Физические основы прогнозирования механического разрушения // Докл. АН СССР. 1981. Т. 259. № 6. С. 1350–1353.

  10. Петров В.А., Башкарев А.Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СПб.: Политехника. 1993. 475 с.

  11. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука. 2003. 270 с.

  12. Соболев Г.А., Веттегрень В.И., Киреенкова С.М., Кулик В.Б., Мамалимов Р.И., Морозов Ю.А., Смульская А.И., Щербаков И.П. Нанокристаллы в горных породах. М.: ГЕОС. 2016. 96 с.

  13. Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твердом теле. М.: Энергоатом-издат. 1990. 376 с.

  14. Чибисов А.Н., Чибисова М.А. Моделирование электронной структуры мезопористого SiO2, содержащего ионы Ti4+ и Zr4+ // Журн. технической физики. 2011. Т. 81. Вып. 4. С. 138–140.

  15. Amitrano D. Brittle-ductile transition and associated seismicity: Experimental and numerical studies and relationship with the b value // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № B1 2444. P. 19-1–19-15.https://doi.org/10.1029/2001JB000680

  16. Cottrell A.H. Theory of Crystal Dislocations. N.Y.: Gordon and Breach. 1964. 91 p.

  17. Etchepare J., Merian M., Smetankme L. Vibrational normal modes of SiO2 α and β quartz // J. Chem. Phys. 1974. V. 60. P. 1873–1876.

  18. Gottstein G. Physical Foundations of Materials Science. Berlin: Springer. 2004. 502 p.

  19. Götze J. Application of Cathodoluminescence, Microscopy and Spectroscopy in Geosciences // Microsc. Microanal. 2012. V. 18. P. 1270–1284.

  20. Gutenberg B., Richter C. Seismicity of the Earth and Associated Phenomena, 2nd ed., NY: Princeton Univ. Press. 1954. 295 p.

  21. Kawaguchi Y. Fractoluminescence Spectra of Crystalline Quartz // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. V. 37. P. 1892–1896.

  22. Lei X.-L., Kusunose K., Rao M.V.M.S., Nishizawa O. Satoh T. Quasi-static fault growth and cracking in homogenous brittle rock under triaxial compression using acoustic emission monitoring // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 6127–6139.

  23. Lockner D.A., Byerlee J.D., Kuksenko V., Ponomarev V., Sidorin A. Observations of Quasi-static Fault Growth from Acoustic Emissions. Fault Mechanics and Transport Properties of Rocks / Evans B., Wong T.F. L.: Academic Press. 1992. P. 3–31.

  24. Richter H., Wang Z.P., Ley L. The one phonon Raman spectrum of microcrystalline silicon // Solid State Commun. 1981. V. 39. P. 625–629.

  25. Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge; Cambridge Univ. Press. 2019. 493 p.

  26. Shuldiner A.V., Zakrevskii V.A. On the mechanism of deformation induced destruction of color centrs // Radiation Protection Dosimetry. 1996. V. 65. № 1–4. P. 113–131.

  27. Stevens Karlceff M.A., Phillips M.R. Cathodoluminescence microcharacterization of the defect structure of quartz // Phys. Rev. B. 1995. V. 52. № 5. P. 3122–3133.

  28. Thompson B.D., Young R.P., Lockner D.A. Fracture in Westerly Granite under AE Feedback and Constant Strain Rate Loading: Nucleation, Quasi-static Propagation, and the Transition to Unstable Fracture Propagation // Pure Appl. Geophys. 2006. V. 163. P. 995–1019.

  29. Turro N.J., Ramamwrite V., Scaiano J.C. Modern Molecular Photochemistry. Columbia University: University Sci. Press. 2010. 1085 p.

  30. Wiemer S., Wyss M. Mapping spatial variability of the frequency-magnitude distribution of earthquakes // Adv. Geophys. 2002. V. 45. P. 259–302.

Дополнительные материалы отсутствуют.