При трении гетерогенного материала -песчаника -наблюдаются вспышки триболюминесценции. Она возникает при релаксации возбуждения свободных радикалов ≡ Si−O − . Эти радикалы образуются при разрывах связей Si−O−Si и располагаются на берегах микротрещин. Микротрещины образуются на границах микрокристаллов полевого шпата и кварца. Их размеры варьируются от ∼ 0.4 до ∼ 7 µm. Образование микротрещин при трении приводит к откалыванию микрокристаллов полевого шпата и кварца от образца.Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-05-00137). DOI: 10.21883/FTT.2017.08.44758.18
ВведениеСогласно современным представлениям, в основе ме-ханизма землетрясений лежит неустойчивость сколь-жения земных плит. Она может быть порождена рез-кими изменениями коэффициента трения на контактах пород [1,2]. В результате изнашивания поверхности контактирующих пород сглаживаются и образуются так называемые " зеркала скольжения" коэффициент трения которых на порядок меньше, чем для подстилающей породы [3,4]. Экспериментальные исследования стро-ения природных зеркал скольжения на поверхностях горных пород были проведены при помощи инфра-красной, рамановской и фотолюминесцентной спектро-скопии в работах [5][6][7]. Обнаружено, что химическое строение природных зеркал скольжения отлично от строения подстилающей породы: они содержали на-нокристаллы минералов, коэффициент трения которых был по крайней мере в несколько раз меньше, чем у кристаллов в подложке. В упомянутых работах было сделано предположение, что изменение строения зер-кал скольжения обусловлено разрушением кристаллов под действием нормальных и касательных напряжений при трении.Чтобы проверить это предположение, в [8] методами оптической микроскопии, фотолюминесцентной и рама-новской спектроскопии исследовано строение поверх-ностного слоя толщиной ∼ 30 nm, образовавшегося при трении друг о друга пластин рифейского (т. е. образо-вавшегося от 1650 до 650 млн. лет тому назад) пес-чаника, добытого на Кольском полуострове. До трения этот слой содержал кристаллы кварца, полевого шпата, монтмориллонита и анатаза с линейными размерами от нескольких десятков до сотен микрометров. Трение вызвало резкое уменьшение концентрации и размеров кристаллов кварца и полевого шпата. Чтобы исследовать механизм разрушения этих кристаллов, был использо-ван метод триболюминесценции (TL). Она вызывается излучением свободных радикалов ≡ Si−O − , которые образуются при разрывах связей Si−O−Si в кристаллах кварца и полевого шпата.Временная зависимость TL представляет собой набор вспышек. Вероятно, такой вид TL обусловлен тем, что каждая вспышка отражает рождение микротре-щин [9][10][11].Цель настоящей работы -оценить размеры мик-ротрещин и исследовать динамику их накопления при трении.
Объект и методы исследованияДля решения задачи была использована установка, описанная в [8]. Она состоит из вращающегося диска и прижатого к нему стержня из рифейского песчаника. Диаметр диска 140 mm, диаметр стержня 9.5 mm. Пес-чаник добывался из шурфов полуострова Средний на северном побережье Кольского полуострова...