НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
, "усы", монокристаллы в
форме иголок и волокон, имеющие диаметр от неск. нм (десятков А)
до неск. сот мкм и большое отношение длины к диаметру (обычно более
100). Известны самородные волокнистые кристаллы Au, Ag, Cu, Sn, Pb, S,
различных окислов и силикатов. Часто природные Н. к. встречаются в виде
включений внутри др. минералов (напр., иглы рутила в природных кристаллах
рубина, кварца).
Первые упоминания об искусств, получении
Н. к. относятся к 16 в. Особенный интерес к Н. к. возник в 50-х гг. 20
в. - после того как было обнаружено, что Н. к. мн. веществ обладают необычно
высокими механич. свойствами. В последующие годы в лабораториях ряда стран
получены Н. к. более 140 различных элементов и соединений. Н. к. нек-рых
тугоплавких соединений (карбида кремния, окиси алюминия, нитрида кремния
и др.) выпускаются в пром. масштабах.
Наиболее важное свойство Н. к. - уникально
высокая прочность (близкая к теоретической, к-рую можно оценить из значений
модуля упругости материала), в неск. раз превосходящая прочность массивных
моно- и поликристаллов (рис. 1). Высокая прочность Н. к. объясняется совершенством
их структуры и значительно меньшим, чем у массивных кристаллов, количеством
(а иногда полным отсутствием) объёмных и поверхностных дефектов (одна из
важнейших причин малой дефектности Н. к.- их малые размеры, при к-рых вероятность
присутствия дефекта в каждом из кристаллов невелика).
Н. к. тугоплавких соединений, помимо высокой
темп-ры плавления и прочности, имеют высокий модуль упругости, химически
инертны по отношению ко мн. металлич., полимерным и керамич. материалам
до весьма высоких темп-р. В Н. к., в отличие от поликристаллич. волокон,
не могут идти процессы рекристаллизации, обычно вызывающие резкое
падение прочности при высоких темп-рах.
Известно большое число методов получения
Н. к.: физ. испарение с последующей конденсацией, осаждение из газовой
фазы при участии хим. реакций, кристаллизация из растворов, направленная
кристаллизация эвтектич. сплавов, выращивание на пористых мембранах и др.
Н. к. тугоплавких металлов и соединений обычно получают методом осаждения
из газовой фазы в высокотемпературных печах периодич., полунепрерывного
или непрерывного действия. На рис. 2 показаны возможные схемы роста Н.
к.
Рис. 1. Прочность нитевидных кристаллов
в сравнении с теоретической и реальной прочностью некоторых материалов:
1 - теоретическая (о > 0,1 Е, где Е - модуль упругости); 2 - нитевидные
кристаллы; 3 - непрерывные волокна; 4 - массивные образцы.
Рис. 2. Схемы роста нитевидного кристалла
из газовой фазы по дислокационному механизму (а) и механизму пар - жидкость
- твёрдая фаза (б).
Наиболее важные направления в применении
Н. к.- реализация их высоких прочностных свойств в композиционных материалах,
а
также использование их высокой тепловой и абразивной стойкости .
Лит.: Бережкова Г. В., Нитевидные
кристаллы М., 1969; Монокристальные волокна и армированные ими материалы,
пер. с англ., М., 1973.
В. Н. Грибков, К. И. Портной.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я