Механически стимулированная эмиссия газа (МСГЭ) — это сложное явление, охватывающее различные физические и химические процессы, происходящие на поверхности и в объеме твердого тела под действием приложенного механического напряжения и приводящие к эмиссии газов. МСГЭ является частью более общего явления механически стимулированной нейтральной эмиссии. Эксперименты по МСГЭ часто проводятся в сверхвысоком вакууме.
Феноменология
Специфическими характеристиками MSGE по сравнению с MSNE является то, что испускаемые нейтральные частицы ограничены молекулами газа. MSGE противоположна механически стимулированной газовой абсорбции, которая обычно происходит при фреттинг-коррозии металлов, воздействии газов под высоким давлением и т. д.
Существует три основных источника MSGE:
- I. Gas molecules adsorbed on the surface of a solid
- IIa. Gases dissolved in the material bulk
- IIb. Gases occluded or trapped in micro- and nanovoids, discontinuities and on defects in the material bulk
- III. Gases generated as a result of mechanical activation of chemical reactions.
В целом, для получения MSGE механическое воздействие на твердое тело может быть любого типа, включая растяжение, сжатие, кручение, сдвиг, трение, фреттинг, прокатку, вдавливание и т. д. В предыдущих исследованиях, проведенных различными группами, было обнаружено, что MSGE в основном связано с пластической деформацией, разрушением, износом и другими необратимыми изменениями твердого тела. При упругой деформации MSGE практически незначителен и наблюдался только чуть ниже предела упругости из-за возможной микропластической деформации.
В соответствии с основными источниками выделяемые газы обычно содержат водород (тип источника IIa), аргон (для покрытий, полученных методом PVD в плазме Ar — тип источника IIb), метан (тип источника III), воду (тип источника I и/или III), моно- и диоксид углерода (тип источника I/III).
Знания о механизмах MSGE все еще неясны. На основе экспериментальных результатов было высказано предположение, что следующие процессы могут быть связаны с MSGE:
Тепловой эффект, по-видимому, не оказывает влияния на выделение газа в условиях малой нагрузки.
Терминология
Формирующийся характер этой междисциплинарной отрасли науки отражается в отсутствии устоявшейся терминологии. Существуют различные термины и определения, используемые разными авторами в зависимости от основного подхода (химический, физический, механический, вакуумная наука и т. д.), конкретного механизма выделения газа (десорбция, эманация, эмиссия и т. д.) и типа механической активации (трение, тяга и т. д.):
- Mechanically stimulated outgassing (MSO)
- Tribodesorption
- Triboemission,
- Fractoemission
- Atomic and Molecular emission
- Outgassing stimulated by friction
- Outgassing stimulated by deformation
Десорбция (трибодесорбция, фрактодесорбция и т. д.) относится к выделению газов, растворенных в объеме и адсорбированных на поверхности. Таким образом, десорбция является лишь одним из процессов, способствующих MSGE. Дегазация — технический термин, обычно используемый в вакуумной науке. Таким образом, термин «выделение газа» охватывает различные процессы, отражает физическую природу этого сложного явления и предпочтителен для использования в научных публикациях.
Экспериментальные наблюдения
Из-за низкой скорости эмиссии эксперименты следует проводить в сверхвысоком вакууме (СВВ). В некоторых исследованиях материалы предварительно легировались тритием. Скорость MSGE затем измерялась по радиоактивности, выходящей из материала под приложенным механическим напряжением.