物质的断裂、破碎是怎样的一个过程?包括用蛮力掰断、砸断和用利器割断。 为什么放到一起就无法重新复合了? 有什么办法可以让它重新粘合,在不用粘合剂和发生化学变化的情况下?

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14个答案
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物体是由原子和分子通过化学键及分子键组合在一起形成的。原子间的化学键有离子键、共价键、金属键,其分子间相互作用力为范德华力。

物体断裂是化学键和分子键的断裂,虽然某些物体,如金属,断面看起来会非常整齐平滑。但放在微观角度,断面是凹凸不平的。另外在断裂过程中,分离的两个断面可能由于各种原因造成不一致。所以很难重新无缝隙的对接。

这样两个断面的不一致,造成了两边原子或分子之间的距离无法形成大量的新的稳定的化学键,极少量的化学键作用力微弱,对整体结合没什么作用。

举个例子,金属加热后可以连接在一起。也是因为金属加热后熔化,可以使得断面更好的契合,断面之间的原子间距变小,小到可以产生共同的金属键了。这样在金属冷却后,由于金属键已经建立,所以断面结合了。

高分子化合物比金属要复杂的多,原子及分子之间的作用力种类也复杂的多,断面更加的复杂。所以完全契合的两个断面对接基本上不可能了。

你可以自己算一下,1平方厘米的铁原子到底有多少个。铁原子的排列也不是像阅兵方队那样整齐的横竖排列的,断面的复杂程度不难想象。就算你,能够保持两个断面分离后表面原子没有移动和脱落,那只要稍微的角度不同,位置不同,你都无法对齐的。那可是原子级别的排列啊。

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毛骡金属材料学博士

2015-09-21 16:43

我对@花牛牛 回答做个补充。题主还问了,有什么办法可以恢复。要求不能使用粘结剂,也不能有化学反应。满足你,纯物理方法,保证天然无化学添加。

如果是金属,@花牛牛 举例提到了,熔了就行,也就是熔焊。没有化学过程,就只是把金属熔到一起的物理过程。

再有一个方法,焊接技术里称为:摩擦焊。简单的解释就是将需要连接的两个物体准备出一个极其光滑的表面,将其对接并相对旋转,让两者熔在一起。适用材料包括热塑塑料和大多数金属。

还有一种办法:将断裂表面粗糙度降至纳米以下。基本什么材料都能在气压和所谓的分子间力下结合在一起(强度不好说,反正是连上了)。

增补:我狭隘了。摩擦焊是锻焊的分支,锻焊就是让零件在熔点以下依靠压力让两者直接融合的技术。折叠锻就是一种锻焊。

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水底艾蒿地质工程在读博士生

2015-09-21 19:54

物体断裂以后形成的新的表面,这种表面的存在是符合能量最低原理的。形成新表面后空气分子附着在断口上,去除掉这些空气分子然后让断开的化学键重新组合就需要克服掉断口的表面能。

另外,物质的断裂、破碎可以从多个观察尺度上解释。从细观上,认为是材料中包含的大量微缺陷和小裂纹受力后的起裂扩展,最终归并成宏观破坏面的过程;从微观上,则可以认为这些缺陷是分子、原子之间的错位、缺漏,微裂纹的起裂是化学键破坏的结果,破坏这些键所释放的能量用于维持新的表面。

以上属于断裂力学的研究范畴。可简单归纳成Griffith准则:Gc=2γ。Gc是形成单位面积所需要的最低能量,γ是材料的表面能,为固有属性。Irwin修正该准则为:Gc=2γ+γp,即多考虑了断裂过程中的塑性能γp。

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Camel机械工程硕士生,DIYer

2015-09-24 03:56

我只说钢,铝,钛这类韧性好的金属吧,拿拉伸产生的断裂举个例子。即使切开,其实微观也没有那么光滑,都是河流悬崖一样的裂纹,两面也对不上。

韧性好的金属零件断了以后,看断裂面的微观结构是有很多坑坑洼洼的,拼不回去。注意并不像撕纸撕成锯齿样那种两边互补的坑对洼,洼对坑,而是坑对坑,洼对洼的那种拼不回去。究其原因主要是因为金属的原子排布并不是整齐排布的,在晶格间或者晶格里有孔洞或杂质(还有些特殊的金属晶体有容易产生滑移的特定角度,这里就不讨论了)。

这些孔洞在零件变形的时候,一开始(弹性段)并不会变化太大。

| 。 。 。 。 |

但是变形大到一定程度(塑性段),这些孔洞就会扩大,新的孔洞也会以原本可以忽略的缺陷为核心而产生。

|。o。o。o。o。|

这些孔洞的扩大,会让零件垂直于受力方向的有效材料的横截面缩小,这里的应力(应力=力/面积)就会愈加集中,变形就愈加大,孔洞大小就涨的越快。

|o 0 o 0 0 0 o 0 o|

孔洞扩大拉到一定程度,互相之间就会联合起来,受不一样的力会有不一样的联合方式,比如剪力会斜着联合,拉力会垂直于拉力方向联合。这里我就只画一下单向拉伸的横着联合。

|0()0(::::::::::)0()0|

一排孔洞联合起来后,自然材料就不会连续了。受单向拉伸的零件如果是我上面提到的那些金属,一般都是中间的孔洞先联合产生一些裂纹,然后裂纹向表面斜着扩展,最后啪就断了。越接近零件表面,零件断裂的时候受力状态越接近剪切力,裂纹会斜着向上或者下45°左右扩展,形成一个圆锥台-碗形状的断面,这里就不画那么精确了。


|wwwWWWWWWwww|

~啪!~

|MMMmmmmmmMMM|

总之,这时把裂口拼回去,也是|ooo0000000ooo|这样的形状,这个表面粗糙度完全不用谈怎么产生范德华力了:)

不过再粘起来也容易,焊接嘛,摩擦焊就没用粘合剂也没化学变化。


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支持者: Camel

物质的断裂破碎过程对不同种类的物质来说其破坏的化学键不同。那高分子材料来说,主要是破坏了原子间作用力及分子间作用力,也就是破坏了化学键与分子键。高分子材料具有蠕变性能,且这种蠕变性能具有时温等效性,及一定的蠕变效果可以在较低的温度先通过很长时间来实现;也可以在较高的温度下通过较短的时间来实现。这些蠕变归根结底都是通过微观的分子及链段运动实现的。说到分子及链段运动就可以继续谈断面的粘合了。粘合剂的作用类似于双面胶,粘结强度与“双面胶”的强度密切相关。在不使用粘合剂的情况下,若想重新粘合断面,只需要断口材料分子及链段相互运动融合在一起即可实现。这种分子及链段的互扩散运动需要一定的能量来实现。比如塑料材料的超声焊接,即通过超声的能量使断面分子及链段运动从而实现粘合。
至于发生化学反应的问题,广义地来说所有断面的再粘结都会涉及化学反应,因为断口发生化学键断裂后断键是不稳定的,需要结合空气中的氧,水等活性气体而形成羟基等稳态,而在粘结完成后这些氧水等物质会通过化学键的重新组合部分释放出来。因此该过程会涉及微观的化学反应。
对于粘合剂来说就不同了,在粘合过程中会通过大量的,一系列的化学反应从而形成化学键结合。

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首先原子晶体断裂的时候化学键已经断了。另外破碎的时候会有小碎片,除非你你能把所有碎片回归原位,你是没办法不利用粘合剂把断口完全贴合的。

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只知道分子间存在斥力和引力,哪种力在哪种条件下起主导作用,还是不甚明了。

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如果用很大的压力,长期的压在一起呢?

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我记得在哪看到过 主要讲的是 如果两个物体间距离能达到 10忽米 就能连起来 好像 记不清了

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记得早年东方时空节目里面采访过一个“神人”,他拿着一块鹅卵石,两个手一拉,石头就断了,而且不费劲,断开的石头会发热

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磁铁的话有时候断了是可以直接拼上的

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