ПОСТАНОВКА И РЕШЕНИЕ СВЯЗАННЫХ ЗАДАЧ МЕХАНОХИМИИ В МЕХАНИКЕ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ТЕЛ

Автор: Александр Борисович Фрейдин

Организация: Институт проблем машиноведения РАН

Установление взаимосвязей между химическими реакциями и процессами деформирования и разрушения важно как с точки зрения фундаментальной науки, так и инженерных приложений. В докладе рассматриваются химические реакции между деформируемым твердым и диффундирующим компонентами. Обсуждается постановка связанных задач «дифузия – химия – механика». Влияние напряжений на скорость фронта химической реакции исследуются на основе использования тензора химического сродства (см. обзорную статью [1]). Показывается, что нормальная составляющая тензора сродства играет роль конфигурационной силы, движущей фронт. Формулируется кинетическое уравнение в виде зависимости скорости фронта реакции от нормальной компоненты тензора сродства, зависящего в свою очередь от напряжений и концентрации диффундирующего компонента. Приводятся постановки и решения связанных краевых задач механохимии для случаев упругих и неупругих компонентов реакции. Демонстрируется, что напряжения могут ускорять, замедлять и блокировать распространение фронта (см., напр., [2]). Строятся запретные зоны, образованные деформациями, при которых фронт реакции не может распространяться [3]. Исследуется устойчивость фронта реакции и показывается, что потеря устойчивости фронта может быть причиной последующего разрушения. Обсуждаются применения развитого подхода к описанию процессов окисления кремния в микроэлектронике, литизации кремния в литий-ионных батареях, формирования интерметаллидов в бессвинцовых припоях.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, грант 19-19-000552.

1.Freidin A.B., Vilchevskaya E.N. Chemical affinity tensor in coupled problems of mechanochemistry. In: Encyclopedia of Continuum Mechanics. Altenbach H., ¨ Ochsner A. (eds), Springer, Berlin, Heidelberg, 2020, doi:10.1007/978-3-662-53605-6_143-1 

2. Poluektov M., Freidin A.B., Figiel L. Modelling stress-affected chemical reactions in non-linear viscoelastic solids with application to lithiation reaction in spherical Si particles // Int. J. of Engineering Science. 2018. Vol. 128, P. 44-62. 

3. Freidin A.B., Sharipova L.L. Forbidden strains and stresses in mechanochemistry of chemical reaction fronts. In: Generalized Models and Non-classical Approaches in Complex Materials 1, 2018, P. 335-348 (Advanced Structured Materials Vol. 89, Springer)