Николай Жаворонков - Создано человеком

Эту зависимость еще в 1926 году А. П. Александров и С. Н. Журков установили для стеклянных нитей: оказалось, что нить диаметром 22 микрона имеет прочность 22 кг/мм2, а диаметром 2,5 микрона уже 560 кг/мм2.

Уменьшение диаметра стеклянных нитей с 22 до 2,5 микрона давало 25-кратное увеличение прочности! Результаты исследований были опубликованы в 1933 году в монографии А. П. Александрова и С. Н. Журкова "Явление хрупкого разрыва". И уже в наши дни была разработана и экспериментально подтверждена теория прочности и пластичности кристаллических тел, связывающих их с движением линейных дефектов - дислокаций.

Дислокации очень подвижны. Собственно, пластическое течение кристаллических структур и осуществляется в результате скольжения дислокаций. При этом движение дислокаций (и соответственно деформация пластичных кристаллов) происходит при значительно меньших напряжениях, чем их теоретическая прочность.

Именно поэтому проблема упрочения металлов и сводится к созданию условий, затрудняющих движение дислокаций и повышающих предельные напряжения, при которых дислокации начинают скользить. Такого эффекта можно достичь в термически упрочненных сплавах, когда после закалки образуется огромное количество мельчайших частичек. Они взаимодействуют с дислокациями и повышают напряжение, при котором дислокации приходит в движение.

В высокопрочных алюминиевых сплавах с цинком и магнием упрочнение вызывается образованиями, представляющими собой начальную стадию образования соединения алюмптыя, магния, цинка. Эти мелкие частички тормозят движение дислокаций, и прочность сплава повышается.

Аналогичная картина наблюдается и в сталях, магниевых и медных сплавах, когда прочность обусловлена мерой торможения движения дислокаций. Однако все эти способы не могут обеспечить заметного приближения к теоретической прочности. Оно может быть достигнуто лишь принципиально другим путем - не торможением движения дислокаций, а их устранением, созданием бездислокационной структуры.

Как показали еще опыты А. П. Александрова и С. Н. Журкова, при уменьшении диаметра испытываемых нитей (вплоть до самого малого диаметра) прочность существенно повышается. Следовательно, реальное появление бездислокацпонной структуры и соответствующее повышение прочности может быть получено только п случае очень малого поперечного сечения -- волокон, нитей, игл.

Современная техника сумела создать волокна, объединившие в себе высокие прочность, модуль упругости п сравнительно небольшой удельный вес. Это волокна бора, углерода, окиси алюминия и карбида кремния. Конечно, такие волокна получить трудно, но вполне реально. Например, осаждением бора из газовой смеси водорода и треххлористого бора на нагретую вольфрамовую проволоку диаметром 12,5 микрона.

Для повышения термостойкости и лучшей связи с материалом матрицы тем же способом на поверхность борного волокна наносят тонкий слой (2-6 микронов) карбида кремния или карбида бора.

Однако не стоит предвосхищать события: ожидаемый эффект может и не состояться, "смазаться" различного рода включениями, трещинами, пустотами в крупных кристаллах, устранение которых чрезвычайно сложная задача. Есть у борных волокон, с точки зрения специалистов, и еще один серьезный недостаток: при их создании используют в качестве подложки (или, как говорят, керна) вольфрамовую проволоку. А вольфрам дорог и тяжел. Вот почему ученые так настойчиво решали проблему замены вольфрамовой проволоки менее дорогой, а главное, более легкой подложкой в виде углеродных волокон.

Сегодня борные волокна с использованием керна из углеродных волокон реальность. Причем сами углеродные волокна могут быть разных свойств и достоинств. Это зависит от качества сырья, из которого волокна производились, от условий их получения и, наконец, от дополнительных обработок, которым они подвергались. Существуют разновидности углеродных волокон, отличающиеся более высоким модулем упругости при несколько меньшей прочности и более высокой прочностью при сниженном модуле упругости.

Но тому, кто интересуется проблемами материаловедения и созданием композитов, наверняка уже встречался термин "никалон". Пришел он в научно-популярную литературу из Японии, где освоено массовое производство бескерновых волокон карбида кремния. Их-то и назвали никалоном. Волокна эти отличаются малой плотностью, высокими механическими характеристиками, низким химическим взаимодействием со многими материалами. Свойства волокон никалона практически не меняются в интервале температур от абсолютного нуля до плюс 500 градусов Цельсия. А это значит, что на его основе может быть создан высокопрочный материал, успешно работающий во всем этом огромном температурном интервале.