ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нитевидные кристаллы из "Композиты " Ученым в лабораториях уже удалось показать реальность получения материалов с прочностью, сравнимой с идеальной. [c.63] В природе часто встречаются минералы в волокнистой форме. Среди них наиболее известен асбест, несгораемый . Его узнали задолго до нашей эры. Сначала его называли хризолитом (по-гречески хри-зос —золото). О нем писали Плиний Старший и Марко Поло. Сегодня асбест — широко распространенный технический материал, из которого изготовляют теплоизоляцонные и электроизоляционные материалы. Микроскопическое исследование асбеста показало, что он состоит из эластичных, очень прочных волокон дй аметром 0,02—0,005 микрона. [c.64] Нитевидные кристаллы или очень тонкие монокристаллы игольчатой формы могут быть образованы чистыми металлами. Первыми из таких кристаллов, которые подверглись тщательному исследованию, были нитевидные кристаллы олова и кадмия. Они возникали на защитных пленках олова и кадмия, нанесенных на сталь. Из-за их роста возникало короткое замыкание, выходили из строя электронные приборы, использовавшиеся в армиях США и Англии в период второй мировой войны. После войны стали, исследовать причины их возникновения и их свойства. Определили, что прочность их приближалась к теоретической благодаря весьма совершенной структуре. После сообщения об этом в журнале Американского физического общества в 1952 году многие фирмы и университеты начали интенсивные и широкие эксперименты по изучению условий образования и особенностей строения нитевидных кристаллов, или усов , как их стали называть. [c.64] Известно, что прочность технического железа на разрыв составляет всего 25—30 кт/ъlм , тогда как его теоретическая прочность —не менее 2200 кг/мм . Когда удалось получить монокристальные усы железа длиной от долей миллиметра до нескольких миллиметров с диаметром несколько тысячных долей миллиметра, то их прочность оказалась ошеломляющей— 1340 кг/м м . [c.65] Исследование поверхности нитевидных кристаллов показало, что она не имеет микроскопически) трещин, остается атомно гладкой . Структура их характеризуется почти полным отсутствием дислокаций. Необходимо приложить огромное усилие для того, чтобы нарушить связь атомов кристаллической решетки, расположенных в плоскости скольжения. Высокая энергия межатомной связи, свойстванная тугоплавким соединениям, обусловливает большинство ценных качеств кристаллов. [c.65] Вначале полагали, что высокая прочность нитевидных кристаллов позволит широко использовать их в композиционных материалах. Однако это оказалось делом нелегким. Потребовалось фундаментальное изучение процесса получения волокон, их совместимости с разными матрицами, исследование зависимости свойств композиционных материалов от различных факторов. [c.65] Одним из первых в СССР изучением сверхпрочных материалов начал заниматься И. А. Одинг. Он составил оригинальную диаграМ)Му, которая показывает, что наибольшую сопротивляемость пластическому деформированию, а следовательно, и наиболее высокую прочность имеет либо металл с очень высокой плотностью дислокаций, либо металл, у которого плотность дислокаций весьма незначительна. В обоих случаях сопротивление кристаллической решетки воздействию внешней растягивающей нагрузки резко увеличивается. Диаграмма Одинга наглядно показывает причину ошеломляющей прочности нитевидных кристаллов. [c.66] В настоящее время получены нитевидные кристаллы железа, олова, золота, платины, кадмия, германия, серы и окислов алюминия, хмагния, циркония, молибдена, ниобия и др. Еще в конце прошлого века был запатентован способ получения нитевидных кристаллов серебра путем восстановления его хлористой соли в атмосфере водорода. За последнее время этот способ претерпел значительные усовершенствования. [c.66] Рост нитевидных кристаллов связан со многими факторами — влажностью, чистотой и количеством соли, ста бильностью режима восстановления. Однако температура и скорость прохождения водорода в печи в ряде случаев являются определяющими. Таким способом получают кристаллы диаметром от субми-кронных размеров до 1 миллиметра и длиной до 10 сантиметров. [c.67] Другой способ получения нитевидных кристаллов — осаждение металлов с температурой плавления менее 1000° из газовой фазы. [c.67] Методы механического выдавливания, электролитического осаждения, химического переноса и разложения оказались малопроизводительными. Промышленная методика получения к усов пока не разработана. [c.67] В настоящее время доказана перспективность нитевидных кристаллов как армирующего компонента различных металлических матриц. Стеклянным во-. локно М армируют преимущественно пластики, и объем продукции из стеклопластиков достигает многих сот тысяч тонн. Есть надежда, что использование нитевидных кристаллов со временем приобретет такой же раз мах. [c.68] Были времена, когда тот или иной металл производили в НИЧТ0Ж1НЫХ количествах, и стоимость производства была чрезвьщайно высока. Взять хотя бы алюминий. Сегодня никто не станет носить ювелирных украшений из алюминия, а на Всемирной выставке 1855 года его демонстрировали под названием серебро из глины . Уже в то время в алюминии видели металл будущего. В романе Что делать Н. Г. Чернышевский мечтал о том времени, когда серебристый легкий алюминий придет на смену черным и тяжелым металлам. [c.68] Чтобы нитевидные кристаллы в композиционном материале были высокопрочными, необходима их направленная ориентация в металлической матрице. Одним из перспективных методов получения полуфабрикатов из нитевидных кристаллов нитрида алюминия, сапфира и рутила со степенью ориентации 80—90 процентов является метод осаждения в электростатическом лоле. [c.69] Прочность композиционных материалов зависит не только от прочности самих нитевидных кристаллов, но и от способности металла матрицы передавать им приложенные нагрузки. Передача касательных напряжений на волокне возможна в случае прочной связи на границе раздела компонентов. Для чистых металлов это зачастую неосуществимо. В таком случае необходимо уменьшить межфазное цатяжение в системе. Для этого можно изменить поверхностные свойства окисной фазы путем адсорбционного плакирования или изменить свойства металлического расплава, вводя в него межфазно-активные присадки. [c.69] В отличие от нитевидных кристаллов сапфира нитевидные кристаллы карбида кремния термодинамически вденее устойчивы, а их взаимодействие с матричным металлом в большей степени требует защитных мер, заключающихся в анесении на поверхность карбидов и силицидов переходных металлов четвертой, пятой и шестой групп периодической системы, например карбидов вольфрама, молибдена, титана и силицида кобальта. Использование никеля в качестве промежуточного защитного слоя в данном случае нецелесообразно, так как оно резко снижает прочность нитевидных кристаллов карбида кремния. [c.70] Когерентность поверхности раздела между компонентами— один из самых важных факторов, определяющих структуру и прочность композиционного материала. Полная когерентность наблюдается тогда, когда кристаллы соярикасаются так, что атомная плоскость, составляющая поверхность раздела, характеризуется общим для обеих кристаллических структур расположением атомов без учета их химической природы, а межатомные расстояния в этой плоскости для двух данных структур почти одинаковы. [c.70] Вернуться к основной статье