Техника - молодёжи 1962-02, страница 9

особенно крупных молекул, обрыв некоторых атомных плоскостей.

Так техника научного исследования пришла на помощь ученым, помогая им выявить невидимых виновников низкой прочности кристаллов.

КОГДА ДЕФЕКТЫ СТАНОВЯТСЯ ПОЛЕЗНЫМИ?

Ответ на этот вопрос для непосвященного человека покажется парадоксальным: дефекты полезны тогда, когда их много!

Низкая прочность металлов объясняется большой подвижностью дислокаций, которые перемещаются даже под действием незначительных сил. Значит, для получения прочных материалов нужно как-то закрепить дислокации, затормозить их, воздвигнуть на их пути какие-то преграды.

Если ввести в кристалл в небольшом количестве атомы другого вещества, то они окружат каждую дислокацию плотным «облаком». Сквозь такое «облако» дислокациям уже трудно про-рваться, для их перемещения потре буегся уже большая сила. Поэтому для деформации кристаллов с примесями требуются более значительные нагрузки, чем для чистых кристаллов. В этом и заключается упрочняющее влияние некоторых примесей в металлах.

Препятствиями для перемещения дислокаций в кристалле могут служить не только посторонние атомы, но и сами дислокации. Если в кристалле намного увеличить число дислокаций, то при действии внешней силы каждой из них придется «продираться» сквозь густой «лес» других дислокаций. На это уже нужны большие усилия.

Подвергая металл сильной механической обработке, деформируя его, создают в нем в тысячи раз больше дислокаций, чем было. И хотя дислокации сами по себе уменьшают прочность кристаллов, большое их количество производит как раз обратное действие.

Выходит, лучше иметь очень большое количество дислокаций -в кристалле, чем слишком малое. Но еще лучше, когда в кристалле дислокаций совсем нет. Тогда реальные кристаллические гела превращаются в совершенные «тео ретические» кристаллы с их необычно высокой прочностью.

КРИСТАЛЛЫ БУДУЩЕГО

Все природные, естественные кристаллы содержат в себе большое количество дислокаций. Но и различные искусственные кристаллы, выращиваемые для тех или иных целей, не свободны от этих дефектов. Дисло кации вездесущи. Они возникают в любых кристаллах: и во время их выращивания и при последующей обработке. Даже небрежное обращение с кристаллом может привести к увеличению количества дефектов.

Но это не значит, что человеку сейчас недоступны бездислокационные материалы, прочность которых не уступала бы прочности несуществующих «теоретических» кристаллов.

Дислокации более или менее равномерно раскиданы по всему кристаллу. Между ними остаются «пустые», свободные от дефектов промежутки размерами от сотых до тысячных долей миллиметра. Если из целого большого кристалла вырезать такой «пустой» промежуток между дислокациями, то получившийся миниатюрный кристаллик должен иметь очень высокую прочность, ведь он будет сродни бездислокационным «теоретиче ским» кристаллам. На практике ученые просто уменьшают размеры кристалла до тех пор, пока получившееся «зернышко» не уложится целиком в промежуток между дислокациями обычного кристалла. Может случиться, что в эту частичку кристалла не попадет ни одной дислокации. Тогда прочность ее будет высока. И какие бы материалы ни испытывались, неизменно прочность маленьких кристаллов намного превышала обычную проч кость больших кристаллов.

Особенно интересны опыты с так называемыми «усами» — кристаллическими нитями диаметром в тысячные доли миллиметра и длиной до нескольких миллиметров. Оказалось, что «усы» олова, например, обладают прочностью, почти равной теоретической прочности олова. Но по мере увеличения диаметра «усов» ^прочность их постепенно снижается до обыч>ной прочности больших кристаллов. Такая же картина получилась и для нитевидных кристаллов других веществ.

Свойства кристаллических «усов» привлекли к себе внимание многих исследователей, занимающихся разработкой новых высокопрочных материалов. Если бы такие «усы» научились производить в массовом количестве и подходящей формы, то можно 'было бы изготовлять из них тонкостенные и прочные детали, причем их вес был бы в 5 раз меньше, чем у существующих конструкций. Очень заманчиво использовать такие облегченные изделия из нитевидных кристаллов при постройке космических кораблей.

Каким же путем из крошечных кристалликов можно делать громоздкие детали? Некоторые специалисты предлагают сплетать из тонких кристаллических «усов» длинные нити (подобно тому как это делается из текстильных или стеклянных волокон), а из нитей сплетать высокопрочные тросы и целые листы. Металловолокни-стые изделия, пропитанные специальным связующим веществом, например некоторыми пластмассами, обладали бы необыкновенно высокой прочностью. Таких материалов пока нет, на пути ученых и инженеров стоит еще немало трудностей, но «охотники» за сверхпрочными материалами идут вперед новыми, непроторенными тропами.

Влияние дислокаций на прочностные свойства вещества настолько велико, что вся наука о кристаллах переводится сейчас на новый, дислокационный язык. Дислокации влияют не только на механические, но и на оптические, электрические и даже магнитные свойства твердых тел. Они искажают полупроводниковые свойства кристаллов германия и кремния.

В последние годы металлурги-экспериментаторы научились выращивать полупроводниковые кристаллы, практически не содержащие дислокаций, которые ухудшали бы их качество. Надо надеяться, что недалеко то время, когда создатели новых материалов научатся получать любые бездислокационные кристаллы. Тогда невиданной прочности кристаллические изделия перекочуют из теоретических работ - ученых в их лаборатории, а оттуда на заводы и стройки нашей страны.

Бсадислокационныс кристаллы — «усы» железа, выделяющиеся из раствора бромистого железа (увеличено в 7 раз).

7