Техника - молодёжи 1968-04, страница 6

из строя: замыкались металлические поверхности, которые никак друг друга не касались. Бросились на поиски «вредителей». Ими оказались... металлические волоски, которые появились откуда-то на защитных поверхностях цинка, олова, кадмия. Их начисто «сбрили». Однако через некоторое время замыкания повторились: волоски выросли вновь, и, что интересно, на тех же местах, словно это был не мертвый металл, а живая кожа. Удивительные нити попали на стол экспериментатора. Железный «ус» толщиной 1,5 микрона разрывался при напряжении, предсказанном гипотезой дислокаций, —• 1400 кг/мм², что в 70 раз выше прочности легированной стали! Это и был тот идеальный кристалл, который искали ученые. Гипотезу возвели в ранг теории, но с практикой — увы! — дело обстояло похуже.

К каким только ухищрениям не прибегали технологи: металлические «усы» осаждали при конденсации пересыщенного пара, их получали, восстанавливая водородом галоидные соли. Я и мои коллеги испаряли окись бериллия в среде аргона при температуре выше 1500° С. Но длина «усов» не превышала нескольких миллиметров. Попытки сварить или склеить их в ткань не удавались, получалась как бы цепь с крупными звеньями.

В науке нет места эмоциям, но, честное слово, было обидно: понятия «идеальная жидкость» или «идеальный газ» так и остаются абстрактной конструкцией. Идеальный же кристалл удалось реально получить, но только для того, чтобы подтвердить теорию и сказать: в технике, особенно в строительстве, он пока еще не нашел применения.

Однако и теория принесла свои плоды. Оказалось, что минимальная прочность металла соответствует критической плотности дислокаций, когда их число примерно 10⁷—10⁸ на квадратный сантиметр. Когда же этих дефектов становится больше, они взаимодействуют с микротрещинками, и материал начинает напоминать кольчугу — прочность его растет. Разумеется, допускаемые напряжения много меньше, чем в идеальном, монокристаллическом металле, но все же это путь к его улучшению, главное направление в поисках металловедов.

Увеличение числа дислокаций можно получить за счет легирования, проката и наклепа. Методы эти не новые, о термообработке железа можно прочесть даже в «Илиаде» или «Калевале». А наш бурный век требует качественно новых материалов, которые вряд ли можно получить по старой технологии.

Называя наш век «железным», мы делаем значительные допущения. Сталь пока что главный конструкционный материал. Вообще же современная техника держится не на одном, а на трех «китах» — металлы, пластмассы и силикаты. Каждый из них имеет свою область применения. Какой из «китов» станет главным, основным в XXI веке? Думаю, что пластмассы, которые легко разрушаются при нагревании и имеют низкую прочность, вряд ли будут претендентами на эту роль. Спор развернется между силикатами — стеклом, керамикой и цементом — и металлами из «семейства железа». Между прочим, спор этот длится уже несколько десятилетий...

...30-е годы. Первые тоннели Московского метро собираются из чугунных тюбингов. Но подземные коридоры невыгодно заковывать в металлическую трубу, и тогда мы, силикатчики, создаем расширяющийся цемент. Бетонные плотины вырастают на пути песка-плывуна. А вскоре и сами тюбинги начинают делать из железобетона, цемент уверенно вытесняет металл.

Даже древняя керамика начинает спорить со сталью! Пожалуй, осталось лишь название, характеризующее пластичность глины: «кера» по-гречески «воск». Но современная керамика — это не глина, а сверхчистые огнеупорные окислы, которым не страшны самые «адские» условия. Можно облить кипятком стакан из кварца, вынув его из ледяной воды, —• сосуд не растрескается, так как коэффициент расширения кварца в 10—20 раз меньше, чем у стекла. Тончайшее кварцевое волокно, полученное во ВНИИ стеклопластиков и стекловолокна, превосходно чувствует себя, выступая в «должности» обмуровки в калильных и плавильных печах, хорошо зарекомендовали себя и кварцевые объективы фотокамер.

Кварцевое стекло переживает сейчас свое второе рождение. Дело в том, что оно размягчается при довольно высокой температуре и из него не удавалось формовать или отливать изделия, как из обычного стекла. Решили применить методы керамической обработки — измельчить, спрессовать и затем обжигать. И вот получились устойчивые к резким температурным колебаниям материалы. А ведь по составу кварцевое стекло аналогично обычному горному хрусталю.

На переднем крае технического прогресса не только соревнование, но и содружество материалов. Так, удается упро

чить керамику, армируя ее сверхпрочными металлическими нитекристаллами. Входят в жизнь необычные сплавы, в которых керамический наполнитель тормозит движение дислокаций, — керметы. Они прочнее металла при высокой температуре, меньше боятся коррозии и в то же время по сравнению с керамикой обладают лучшей ударной вязкостью. Из керметов делают лопатки турбин в реактивных двигателях. Так возникает содружество: металл уступает первое место новой керамике.

В начале этого века родилась бранная наука — химия ущербных кристаллов. До этого считалось, что в твердой фазе вещества не вступают в реакции друг с другом. Им даже приклеили ярлык — «инертные». А ведь живая и неживая природа едины: все вокруг нас состоит из атомов и развивается по естественным законам. Эту тривиальную мысль стоит повторить, чтобы за различием вещества и существа не потерять чего-то главного.

Из атомов строится основа неживой природы — кристалл (только несколько веществ имеют некристаллическое строение) и фундамент жизни — клетка. Здесь начинается качественно новый этап в превращении вещества. Но посмотрите, сколь по-разному подходим мы к живому и неживому.

Мы живем, окруженные магнитными, электрическими и другими силовыми полями. Биолог объяснит вам, как они влияют и на всхожесть семян, и на движение насекомых, и на поведение высших животных. А строитель, этот представитель, быть может, самой древней профессии? Он совершенно не знает, как сказывается магнитное поле на реакциях в твердых строительных материалах. Недавно мы поставили первые эксперименты: оказывается, при 800° С магнит усиливает образование центров кристаллизации некоторых веществ. Быть может, здесь начало управления самыми интимными процессами формирования материалов.

Взгляните на нашу архитектуру: почти вся она подражание внешним формам, которые окружали еще древнего человека. Колонны, подпирающие потолок, похожи на стволы деревьев, «поддерживающие» кроны, арки напоминают пещерные своды, а окна — входы в пещеры. Все это построено из размельченных мертвых кристаллов. А ведь как красивы и сталактиты и сталагмиты, где кристалл развивается и растет свободно и форма великолепно соответствует содержанию.

Размышляя о будущем строительной техники, я уношусь в город своей мечты. Он стоит у самого моря, но от северных ветров его защищают искусственные горы — огромные кристаллы, взращенные с помощью магнитных полей. Магниты — это руки строителя, с их помощью он управляет деятельностью мириадов микроскопических существ, которые, подобно кораллам, возводят стены домов. Силовые поля формируют из кристаллов башни и мосты необычной прочности. А в глубине моря трудятся пьезокристаллы: испытывая высокие давления, они вырабатывают для города электроэнергию.

Эмблемой этого города я бы сделал два 'химических символа: «С» и «Si» — знак содружества живого и неживого, двух удивительнейших созданий природы — клетки и кристалла.

Записал наш спец. корр. А. ХАРЬКОВСКИЙ

Нет ничего практичней смелой теории. Многие годы добивалась признания «безумная» гипотеза дислокаций. Ученые, выдвинувшие ев, утверждали: кристаллическая структура материалов далека от совершенства; поэтому, например, реальная прочность металлов в десятки раз меньше теоретической. Но где же такой металл, прочность которого соответствует теоретической? А если его не существует, то так ли уж права гипотеза дислокаций?

Недавно ученым удалось вырастить так называемые «усы» — монокристаллы, обладающие той самой сверхпрочностью, которую предсказывала «безумная» гипотеза, возведенная ныне в ранг теории.

А ученые уже ушли вперед. Природные монокристаллы прочны, но почему бы не вмешаться в сам процесс кристаллизации с помощью магнитных полей? В этом новом смелом поиске получены первые благоприятные результаты. Не здесь ли дорога к синтезу чудо-материалов — мост ц «Голубой Город»?

4