О блокирующих деформациях в механохимии фронтов химических реакций

На основе концепции тензора химического сродства исследуется влияние напряжений и деформаций на скорость химической реакции. Рассматривается реакция между деформируемым твердым и диффундирующим газообразным компонентами. Реакция локализована на фронте и поглощает все подводимое диффузией вещество. Примерами таких реакций являются окисление или литизация кремния. Тензорность химического сродства связана с тем, что в деформируемом материале следует рассматривать реакции не в точках, а на ориентированных площадках. Кинетическое уравнение принимает вид зависимости скорости реакции на ориентированной площадке от нормальной компоненты тензора сродства. Напряженно-деформированное состояние влияет на скорость реакции и, следовательно, на скорость фронта реакции через сродство – постольку, поскольку напряжения и деформации влияют на сродство. Если нормальная компонента тензора сродства отрицательна, то реакция невозможна. Деформации и напряжения, при которых нормальная компонента тензора сродства не может быть положительной ни при каких концентрациях диффундирующего компонента и ни при каких ориентациях площадок, образуют запретные зоны в пространстве деформаций или напряжений. В статье развивается процедура построения запретных зон для случая малых деформаций. В результате использования соотношений для скачков деформаций и напряжений, нормальная компонента тензора сродства представляется в виде зависимости от деформаций или напряжений по одну из сторон фронта реакции, и нормали к границе. Затем показывается, что ее границы определены максимумом и минимумом квадратичной формы, исследовавшейся ранее в связи с построением зон фазовых переходов. Положение и размеры запретных зон в пространстве деформаций зависят от вклада химических энергий компонентов реакции относительно энергии деформаций. Запретная зона уменьшается при уменьшении относительного вклада энергии деформаций. Помимо деформаций, соответствующих запретным зонам, рассматриваются деформации, при которых заблокированная реакция может вновь запуститься в результате неупругого деформирования или за счет диффузии.