Нитевидных кристаллах

Бездефектную структуру можно получить только у очень чистых материалов и в очень малых объемах, исключающих возникновение и развитие дислокаций. Специальными методами получают нитевидные кристаллы толщиной 0,05—2 мкм и длиной в несколько миллиметров, так называемые усы, обладающие исключительной прочностью. Нитевидные кристаллы железа имеют прочность на разрыв 1350 кгс/мм2, что примерно в 100 раз больше предела прочности технического железа и в 10 раз больше прочности качественных легированных сталей. Вместе с тем, усы обладают весьма высокими упругими характеристиками. Упругое удлинение железных усов достигает 5%, тогда как у технического железа оно не превышает 0,01%.

структуры кристалла. В опытах А. Ф. Иоффе наблюдалось повышение прочности с нескольких Н/мм2 до 2000 Н/мм2, что близко к теоретическому значению прочности (~4000 Н/мм2). В 30-х годах А. П. Александров и С. Н. Журков в опытах на стеклянных нитях достигли прочности в 6000 Н/мм2, а на кварцевых нитях до 1300 М/ммг. В нашей стране и в дальнейшем велись интенсивные экспериментальные исследования, связанные с поднятием потолка прочное ги различных конструкционных материалов. В 50-х годах в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе в лаборатории А. В. Степанова изучались нитевидные кристаллы, «усы», н прочностью 10000 Н/мм2, а под руководством Ф. Ф. Вят-мана было получено упрочнение обычного стекла с 50 до 5000 Н/мм2. Высокая прочность на ориентированных полимерах была получена в лаборатории С. Н. Журкова (до 6000 Н/мм2). Таким образом, было наглядно показано, что соответствующее изменение дефектной структуры кристаллов способствует увеличению их прочности на несколько порядков и приближает ее к теоретическому значению.

ИДЕАЛЬНЫЙ КРИСТАЛЛ - идеализир. модель кристалла бесконечных размеров, со строго периодич. расположением атомов в кристаллич. решётке. В отличие от И.к. реальные кристаллы неизбежно содержат разл. дефекты. Наиболее близки по строению к И.к. т.н. бездислокац. кристаллы (напр., германий, кремний) и нитевидные кристаллы. ИДЕНТИФИКАТОР - предмет, явление, символ, набор св-в и т.п., используемые для идентификации (отождествления) объектов опознания, их классификации. Напр., в алгоритмических языках используются символы-И. операций, в кассовых и торговых автоматах применяют И. монет по их массе и форме, в качестве И. неизвестного хим. соединения может служить совокупность его хим. и физ. св-в.

2) Грибовидная деталь с внутр. резьбой для Закрепления спиц (напр., в ободе велосипедного колеса). НИТ (от лат. niteo - блещу, сверкаю) - устар. наименование ед. яркости поверхности. Обозначение - нт. 1 нт=10 кд/м2 (см. Кандела}. НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, В И С -керсы, усы, - монокристаллы в форме иголок и волокон, имеющие диаметр от неск. нм до неск. сотен мкм и большое отношение длины к диаметру (обычно более 100). Обладают высокой механич. прочностью из-за отсутствия в них дефектов кри-сталлич. решётки. Н.к. используются

УСЫ кристаллические - то же, что нитевидные кристаллы. УТИЛИТА - сервисная (обслуживающая) программа. К У. относятся программы расширенного управления файловой системой, тестирования устройств ЭВМ, преобразования дан-

Реальный металл. Внутрикристаллическая структура идеальных (совершенных) кристаллов была рассмотрена исходя из предположений, что за исключением тепловых колебаний атомов, образующих кристалл, его структура точно соответствует кристаллической решетке, с правильным геометрическим построением в ней атомов. Однако такое построение кристалла лишь в редких случаях встречается в природе (свободно растущие кристаллы минералов). Примером некоторого приближения к идеальному кристаллу могут служить искусственно выращиваемые монокристаллы некоторых металлов — нитевидные кристаллы, или «усы». Обычно в любом кристалле встречаются дефекты, которые вызывают отклонение структуры металла от идеальной, т. е. отвечающей термодинамически равновесному состоянию. Поэтому реальные кристаллы не находятся в термодинамическом равновесии. Дефекты кристаллического строения оказываются «замороженными» даже при высоких температурах. Дефекты в кристаллах влияют на механические, электрические и магнитные свойства металлов.

НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, «у с ы»,— монокристаллы в форме иголок и волокон, имеющие диаметр от неск. нм (десятков А) до неск. сотен мкм и большое отношение длины к диаметру (обычно более 100). Наиболее важное св-во Н. к.— уникально высокая прочность (близкая к теоретич.), в неск. раз превосходящая прочность массивных монокристаллов и поликристаллов. Осн. направления в применении Н. к.— реализация их прочностных св-в в композиционных материалах, а также использование их высокой тепловой и абразивной стойкости.

/ — микрокристаллы железа высокой чистоты; 2 — железо, упрочненное введением в твердый раствор углерода (0,0001—0,0005%С); 3 — технически чистое железо (0,02% С) с различным размером зерна; 4 — железо, упрочненное холодным наклепом; S — эвтектоидные перлитные стали; 6 — эвтектоидные бейнитные стали; 7 — низколегированные мартенситные стали; 8 — низколегированные мартенситные стали, подвергнутые ТМО; S — холоднотянутая стальная проволока (патентированная); 10 — нитевидные кристаллы железа

Анализ данного уравнения начнем с экстремального случая, когда структура металла близка к идеальному кристаллическому строению. Прочность такого металла, примером которого являются нитевидные кристаллы (усы), есть максимально возможная для кристаллического тела, как такового, и близка к теоретической прочности. Малое количество несовершенств кристаллического строения приводит к тому, что при нагружении такого металла практически весь его объем будет равномерно поглощать энергию искажен.(я и к определенному моменту каждый единичный объем БО всем кристалле будет насыщен

Наиболее строгое обоснование причин расхождения реальной и теоретической прочности дает дислокационная теория скольжения, на основе которой показано, что локализованное скольжение при наличии дислокаций в кристаллической решетке может начаться при весьма небольших напряжениях. Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Если резко снизить количество таких несовершенств и таким образом приблизить кристаллическое строение металла к совершенному, то его прочность должна быть близка к теоретической. Это положение нашло в последние годы непосредственное (экспериментальное подтверждение. Нитевидные кристаллы (усы) показывают высокую прочность, приближающуюся к теоретической.

Основным фактором, определяющим процесс роста нитевидных кристаллов,является температура — с ростом температуры скорость реакции восстановления резко увеличивается [165]. Однако существует оптимальная температура роста нитевидных кристаллов (табл. 22). Помимо указанного фактора, в процессе реакции важно соблюдать стабильность температуры, постоянство расхода водорода, использовать чистые реактивы и материалы [166]. Парциальное давление водорода оказывает влияние на рост кристаллов лишь при малых давлениях (ниже некоторой предельной величины). Нитевидные кристаллы методом восстановления можно получать не только из солей, но и из окислов металлов [167].

Экспериментальные данные (фиг. 2) подтвердили справедливость указанной схемы. Наибольшая прочность получена на нитевидных кристаллах железа (усах), характеризуемых высокой степенью совершенства кристаллического строения. Различные сочетания термической и механической обработки дают для стали более низкие значения прочности, чем у совершенных кристаллов. Однако получаемая при этом прочность по крайней мере на порядок выше прочности того же материала в отожженном состоянии.

Изложенные выше данные свидетельствуют о необычайно высокой прочности чистых бездефектных кристаллов. Прочность, измеренная на нитевидных кристаллах, приближается к теоретической прочности идеальных кристаллов, определяемой межатомными силами связи. Для железа эта прочность находится на уровне 1350—1500 кГ/мм2 и в 60—80 раз превышает прочность обычного технического железа.

В связи с ролью, которую играют вакансии и различные их комплексы, большое значение приобретают условия их образования (наличие и эффективность источников и стоков вакансий см. гл. II) и возможность достижения большого пересыщения или, наоборот, недосыщения решетки вакансиями (по сравнению с равновесной их концентрацией). Первый эффект, по-видимому, важен, например, для понимания особенностей низкотемпературного старения (гл. VI). Второй, вероятно, наблюдался при изучении диффузии цинка в нитевидных кристаллах меди (73]. Методика была основана на том, что цинк, обладающий высокой упругостью пара, диффундировал из паровой фазы в нитевидный кристалл меди, не

Следует обратить внимание на необычно низкое значение ?>0 и низкое значение энергии активации диффузии в тонких нитевидных кристаллах (~0,3 от Q для монокристалла). Несмотря на широкий'диапазон изменения этих величин (Q меняется более чем в 3 раза, a D0 — на 8 порядков), сохраняется линейная связь между D0 и Q (рис. 37), впервые наблюдавшаяся в объекте с неизменным химическим составом, в котором меняется только структура. Очень Низкое значение энергии активации диффузии в этих опытах можно связать с тем, что из-за отсутствия источников (гладкая поверхность, нет дислокаций) концентрация вакансий не меняется с температурой и энергия активации диффузии равна энергии перемещения вакансий.

Поверхностные дефекты (ступени роста, двумерные зародыши) наблюдаются даже в нитевидных кристаллах (см. гл. VIII).

Следует также отметить, что рентгеновское исследование & -> а перехода в нитевидных кристаллах кобальта показывает, что мартенситное превращение, по-видимому, реализуется и в совершенном кристалле (Разумовский, Фишман).

Повышение прочности принадлежит к числу наиболее значительных практических проблем металловедения, определивших вместе с тем развитие теории дислокаций. Однако, прочность, близкая к теоретической (в нитевидных кристаллах), была получена независимо от теории. Выводы теории далеко не всегда удается применить непосредственно для решения практических вопросов прочности.

Прочность является наиболее структурно чувствительным свойством. Только прочность идеальных монокристаллов определяется межатомными силами. Такая прочность реализуется лишь в исключительных случаях, например в нитевидных кристаллах. Обычные кристаллические тела содержат различные несовершенства структуры и их прочность зависит не только от характера междуатомного взаимодействия, но и в большой. степени от типа, распределения и количества несовершенств кристаллической решетки.

В большинстве монокристаллов скорость размножения дислокаций не очень велика (или велика начальная плотность дислокаций), и зуб текучести мал. Однако в нитевидных кристаллах (диаметром примерно 1 мкм) зуб текучести велик, поскольку такие кристаллы почти свободны от дислокаций. Зуб текучести наблюдается обычно в о. ц. к. металлах, а в г. ц. к. нет, так как в них очень высока начальная плотность дислокаций и при повышении напряжений скорость движения дислокаций быстро возрастает.

оси. В тонких нитевидных кристаллах, имеющих одну аксиальную винтовую дислокацию, угол упругого закручивания должен составлять несколько градусов на единицу длины дислокации и будет тем больше, чем меньше К.

Однако даже если в нитевидных кристаллах и имеются дислокации, то по ряду причин они могут не понижать прочность материала. Можно предположить, что обычные механизмы размножения дислокаций, например двойное поперечное скольжение, зарождение на примесях и других дефектах, механизм Франка — Рида, в нитевидных кристаллах несущественны; это общепринятая точка зрения [336].