Особенности рельефа и структуры поверхности различных субстратов

Особенности рельефа и структуры поверхности различных субстратов

Субстраты — твердые тела (металлы, полимеры, реже стекла, керамики).

Микрорельеф и шероховатость твердой поверхности, обусловленные особенностями внутренней структуры, можно условно назвать первичными или атомно-молекулярными. Также шероховатость может быть механической, при этом имеются ввиду многочисленные дефекты (поры, трещины, капилляры), появляющиеся в результате процессов структурообразования, старения и т. д. К этой группе относится и искусственный микрорельеф, создаваемый различными способами.

Можно выделить еще один факт, оказывающий влияние на топографию твердой поверхности. Поверхности твердых тел часто подвергаются различного рода изменениям: окисление и гидролиз. Возникающие при этом продукты реакции могут оставаться связанными с поверхностью, образуя своеобразный чехол. Толщина этого чехла в силу ряда обстоятельств неравномерная. Поэтому возникает дополнительна шероховатость, которая может быть названа вторичной.

В технологии машиностроении подробно рассмотрены различные аспекты геометрической характеристики поверхности, создана классификации качества поверхности по классам чистоты. (Наивысшему, 14 классу чистоты соответствует поверхности, имеющие среднее квадратичное отклонение не выше 0,01 мк.). Разработано немало чувствительных способов оценки геометрии поверхности, составлены микротопографических карт.

Основными видами неровностей твердой поверхности являются макроскопические нарушения (А), волнистость поверхности (В), микроскопические © и ультрамикроскопические (D) неровности (рис. 1).

Рис. 1. Схема основных видов неровностей твердой поверхности

В полимерах можно выделить несколько основных типов структурных образований, определяющих своеобразие геометрии поверхности. Простейшими типами, встречающимися как в стеклообразных, так и в высокоэластичных полимерах, являются различные глобулярные структуры, элементы которых — глобулысостоят из одной или нескольких свернутых полимерных молекул. Для многих эластомеров характерны ленточные и полосатые структуры. Распространен пачечно-фибриллярный тип структур, характерный для хорошо упорядоченных полимеров. В полимерах также встречаются крупные структурные образования — кристаллиты и сферолиты, построенные из пачек, фибрилл, глобул, а также еще более крупные агрегаты, построенные из сферолитов и пластин, построенных из этих лент.

Примером того, как микрогеометрия поверхности полимеров отражает особенности внутренней структуры материала, могут служить микрофотографии реплик с поверхности различных полимерных материалов, получаемых в виде пленок путем экструзии. В процессе постепенного охлаждения пленки происходит кристаллизация и ориентация в направление вытяжки. Ориентация молекул в аморфных областях, рост и агрегации кристаллитов в кристаллических областях приводит к образованию на поверхности полученной экструзией полиэтиленовой пленки микроскопических неровностей (рис. 2).

Рис. 2. Поверхность ПЭ пленки

Весьма шероховатую поверхность имеет и пленка полиамида (рис. 3).

Рис. 3. Поверхность ПА пленки

полимер микрошероховатость синтетический фибриллярный Пленку целлофана получают не из расплав как пленки полиэтилена и полиамида, а из раствора. Однако и в этом случае на поверхности пленки обнаружены параллельно расположены полосы наблюдаются при использовании самых разнообразных фильер, и расстояние между ними во всех случаях сохраняется постоянным, что свидетельствует о независимости структуры поверхности от вида фильеры (рис. 4).

Очевидно, при прохождение вискозного раствора через фильеру происходит ориентации ассоциированных молекул ксантогенната целлюлозы. Эти ассоциаты (фибриллы, пачк) и фиксируются при поступлении пленки в освободительную ванну.

Поверхность различных волокон — натуральных, искусственных и синтетических — также обладает микрошероховатостью. Например, дл поверхности волокна хлопка характерна система параллельных складочки желобков, расположенных спирально вокруг волокна, под острым углом к его оси. Полагают, что такая структура поверхности волокна хлопка является отражением спиральной конфигурации фибрилл. Фибриллярной структурой отличаются и технические вискозные волокна, причем многочисленные сладки разной ширины и глубины расположены вдоль оси вискозного волокна (рис. 5).

Рис. 5. Поверхность немодифицированного вискозного волокна

В последнее время широкое применение нашли модифицированные вискозные волокна (супер-корд). Присутствие модификатора приводит к некоторому снижению числа и размера складок на поверхности волокон, но фибрина структура поверхности сохраняется (рис. 6). при этом не имеет значение, вводится модификатор в раствор или в осадительную ванну.

Рис. 6. Поверхность модифицированного циклогексиламиномвискозного волокна

Фибриллярную структуру имеют не только натуральные и искусственные волокна. Исследование различных синтетических волокон электронно-микроскопическим методом показывают, что строение их поверхности очень сходно со строением поверхности вискозного волокна. Очевидно, на образование фибриллярной структуры оказывает влияние молекулярная ориентация и усадка при получении волокон из расплавов. При помощи электронной микроскопии можно наблюдать картинка рельефа поверхности металла (рис. 7).

Рис. 7. Кристаллическая поверхность меди (а) и алюминия (б)

Связь внутренней структуры со структурой поверхности можно обнаружить и неорганического стекол. Большинство неорганических стекол имеет сложный многокомпонентной состав и отличается структурной неоднородностью, микрогетерогенностью, а также, по мнению некоторых исследователей, имеет надмолекулярные образования. Размер полученных структурных образовании колеблется в пределах 15−200 А в зависимости от состава стекла. Каплевидные образования, возникающие еще в расплаве при микрорасслоение, сохраняются и при затвердевание стекла.