Сапфировые «усы»

сапфировые усыОколо шести десяти лет назад уче­ным впервые удалось искусст­венным путем получить нитевид­ные кристаллы некоторых ве­ществ. Внешне они отдаленно на­поминали кошачьи усы. Поэтому за ними прочно закрепилось на­звание «вискерсы» — это слово в английском языке означает усы кошки или тигра.

Вот уже второе десятилетие не ослабевает интерес ученых к этим необычным кристаллам, и вот по­чему. Давно известно, что проч­ность почти всех известных нам материалов значительно меньше теоретической. Так, например, обычное железо теоретически должно обладать прочностью бо­лее 1000 килограммов на квад­ратный миллиметр. А в действи­тельности современные конструк­ционные стали выдерживают на­грузки всего лишь около 200 ки­лограммов на квадратный милли­метр. Причина — в несовершенст­ве «конструкции» материалов. Даже структура естественных са­моцветов далека от идеальной. «Упаковка» атомов в металличе­ских слитках еще более неупоря­доченна. Тончайшие «усы», выра­щенные кристаллохимиками почти не имеют структурных дефектов. Поэтому их прочность вплотную приближается к теоретической, максимально возможной. Даже мягкий графит в виде кристал­лов-нитей оказался прочнее мно­гих сортов легированной стали. Но «усы» из сапфира выделяются своими замечательными свойства­ми даже на таком ярком фоне.

Жрецы храма Юпитера в древ­нем Риме, считавшие, что сапфир обладает чудесными свойствами, как это ни странно, оказались не­далеки от истины. Разумеется, при помощи сапфира и сейчас нельзя излечиться от тяжелой бо­лезни или предсказать будущее. И не красота поставила сапфиро­вые «усы» впереди остальных син­тетических нитевидных кристаллов. Превосходные прочностные характеристики, недостижимые даже для их сверхпрочных «собрать­ев» — вот что выделяет сапфиро­вые «усы». Их предел прочности равен полутора тысячам кило­граммов на квадратный милли­метр — в полтора раза больше, чем у «вискерсов» из железа.

Обычно с повышением темпе­ратуры прочность материалов резко уменьшается. Сапфировые «усы» под действием температу­ры ведут себя лучше, чем боль­шинство материалов. Зависимость прочности от диаметра у них меньше, чем у нитевидных кристаллов других веществ. Интерес­ная особенность: при температуре 1500° С прочность сапфировых нитей перестает зависеть от диа­метра. Объяснения этому факту пока не найдено.

Как получают сапфировые «усы»?

Сапфир — это окись алюминия Al2O3 с небольшими добавками красящих окислов. К образованию Al2O3 нужной структуры приводит высокотемпературное окисление алюминиевого порошка в атмосфере влажного водорода. Кристаллы-нити выращивают в корун­довой «лодочке» длиной 100 или 180 миллиметров, которую загру­жают мелким, как пудра, порош­ком алюминия с 3—6% окиси алюминия. Лодочка отправляется в лечь. Там ее груз прогревается до 1380—1400°, выдерживается при этой температура 1—2 часа и затем охлаждается до 500° в токе влажного водорода. Сапфи­ровые «усы» растут на дне и стен­ках «лодочки». После окончания процесса в ней можно четко раз­личить три зоны с кристаллами различных форм и размеров. Внешне все они похожи на кро­хотные сталактиты или тончайшие сосульки. В первой зоне, как пра­вило, растут наиболее толстые и короткие микрокристаллы. Впро­чем, назвать их «толстыми» мож­но лишь условно диаметр нитей первой зоны от 30 до 350 микро­нов, а длина от 0,5 до 3 милли­метров. Вторая зона — самая важ­ная. Собственно, здесь-то и со­браны нитевидные кристаллы сап­фира. Их длина — около 15 мил­лиметров, а диаметр от 1 до 30 микронов. Третья зона «лодочки» покрыта рыхлым белым налетом. На его поверхности расположено очень много тончайших (диаметр измеряется лишь тысячами анг­стрем) коротких ворсинок.

Сапфировые «усы» уже сейчас находят практическое примене­ние. Из них изготовляют под­весы чувствительнейших прибо­ров. Возможно, в будущем удаст­ся получить из них исключитель­но прочные волокна. Нитевидные кристаллы в сочетании со стек­лом, мягкими металлами или пла­стинками могут стать основой но­вых материалов, по «конструкции» похожих на стеклопластики, но во много раз более прочных.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>