Типы монокристаллов
Структура нитевидных монокристаллов, а также характер и особенности фазовых превращений в них, свойства и отличительные признаки. Технология и основные этапы производства монокристаллов. Нитевидные монокристаллы материалы будущего, перспективы развития.
Рубрика | Химия |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 06.05.2014 |
Размер файла | 285,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
монокристалл нитевидный фазовый
В наше время без монокристаллов нельзя заниматься исследованием структуры и свойств металлов и сплавов, механизмов пластической деформации и разрушения, исследовать природу межатомной связи в металлах, сплавах и соединениях.
Работа с высокочистыми и монокристаллическими материалами позволяет обнаружить новые свойства, которые не проявляются на аналогичных поликристаллических объектах.
Сегодня монокристаллы металлов, сплавов и соединений - не только уникальные объекты исследований в области физики твердого тела, но и реальные материалы новой техники, которые в ряде случаев уже нашли практическое применение.
Получение искусственным путем первых металлических монокристаллов относится к началу XX в. Это были монокристаллы легкоплавких металлов, которые сразу нашли применение в качестве объектов фундаментальных исследований.
Однако металлические монокристаллы, в отличие от полупроводниковых, долгое время не находили технического применения. Оно началось лишь в 60-е годы, когда был осуществлен синтез достаточно крупных и высокочистых монокристаллов тугоплавких металлов.
Роль металлических монокристаллов в науке и технике непрерывно возрастает.
1. Нитевидные монокристаллы
1.1 Структура нитевидных монокристаллов
Монокристалл - отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку [1].
Нитевидные кристаллы («усы», виcкерсы) - монокристаллы в виде игл или волокон. Размеры нитевидных кристаллов в одном направлении во много раз больше, чем в остальных: типичная длина от 0,5 мм до нескольких мм, диаметр 0,5-50 мкм. Форма поперечного сечения усов зависит от типа кристаллической решетки данного соединения и может быть треугольной, квадратной, шестиугольной и др. Иногда нитевидные кристаллы имеют вид тонких трубок, лент, пластинок или спирально свернутого «рулета». Наиболее изучены нитевидные кристаллы кремния, углерода, металлов, оксидов Аl и Zr, карбидов Si, В, Hf и W, нитридов Аl и В [2].
Первоначально преобладало мнение, что нитевидные кристаллы являются идеальными бездефектными кристаллами. Однако, данные о кинетике и особенностях их роста свидетельствуют о существовании в ряде случаев осевых дислокаций, имеющих винтовую компоненту вектора Бюргерса.
Нитевидные кристаллы характеризуются высокой однородностью и совершенством структуры и поверхности. В очень тонких (диаметр < 1 мкм) нитевидных кристаллах, как правило, нет дислокаций. У них высокосовершенная поверхность. С увеличением размеров кристаллов в процессе роста могут образовываться дислокации, на поверхности кристаллов часто наблюдаются ступени роста и другие дефекты.
К нитевидным кристаллам применимы как обычные методы выявления дислокаций в кристаллах - травление, декорирование, рентгеновские методы, авто эмиссионная, ионная и электронная микроскопия, - так и специальные приемы исследования.
Некоторые нитевидные кристаллы Si, ВеО, СuО, А12О3 оказываются бездислокационными, о чем свидетельствует характер наблюдающихся на них изгибных контуров экстинкции (это контуры равной яркости на изображении объекта в электронном микроскопе, соответствующий условиям равной толщины образца или равного наклона (изгиба) кристаллографических плоскостей). При соблюдении специальных дифракционных условий контуры экстинкции имеют форму поперечного сечения, и по ним можно судить о морфологии исследуемых образцов (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 - Изгибные контуры экстинкции, отражающие форму поперечного сечения Al2O3
Почти все просмотренные образцы оказались бездислокационными. Отсутствие осевых дислокаций в нитевидных кристаллах, выращенных методом осаждения из газовой фазы или восстановлением галогенидов, может быть связано с выходом их из кристалла путем переползания в процессе роста. Необходимое для осуществления этого процесса количество точечных дефектов может быть захвачено кристаллами в процессе роста. Единственные структурные детали, которые удалось наблюдать, - это ступеньки роста. Дислокация в таких пластинах возникает при пластической деформации, развивающейся либо путем скольжения, либо двойникованием.
Во всех случаях дислокации зарождались в местах концентрации напряжений: на пересечениях слоев роста, на ямках коррозии, у мест закрепления образца.
Рожанский и Бережкова исследовали строение нитевидных кристаллов Al2O3, методами дифракционной электронной микроскопии. Образцы в большинстве своем представляли либо стержни с осью (0001) толщиной от 0,1 до 100 мкм, либо базисные пластинки (ленты). Стержни большей частью непрозрачны для электронного пучка, в самых тонких наблюдаются контуры экстинкции, показывающие, что они являются гексагональными призмами (см. рис. 1.1).
Наиболее подробно были исследованы базисные ленты. Ширина их изменялась от долей микрона до нескольких микрон, длина - от микрона до сантиметра и более. Такие ленты одинаково часто вырастали как вдоль (1120), так и вдоль (1100). Ленты толщиной менее 1000 часто не имеют дислокаций и являются высокосовершенными монокристаллами (рис. 1.2).
Рисунок 1.2. - Бездислокационный нитевидный кристалл Al2O3. Темные полосы - изгибные контуры экстинкции
Иногда в них присутствуют одиночные осевые дислокации как винтовые, так и краевые с векторами Бюргерса единичными или кратными параметру решетки. С возрастанием толщины пластинок дислокационная структура их усложняется. Для пластинок толщиной 1000-2000 характерно наличие шнура осевых дислокаций, направление которых следует за направлением оси ленты.
В нитевидных кристаллах могут присутствовать дислокации в большом количестве, особенно в толстых образцах. Дислокационная структура часто состоит не только из осевых дислокаций.
Осевые винтовые дислокации могут взаимодействовать с вакансиями, превращаясь в геликоиды. Необходимое для этого процесса количество вакансий может обеспечиваться в процессе роста. Повышение температуры активизирует процесс перемещения дислокаций. Когда диаметр дислокационного геликоида становится достаточно большим, дислокация может выйти из кристалла. В этом случае около боковых поверхностей возможно образование дислокационных полупетель, которые могут служить активными местами для роста в направлении, перпендикулярном оси нитевидного кристалла. Осевые дислокации, как правило, обладают большими векторами Бюргерса, кратными нескольким единичным. В некоторых случаях вдоль оси нитевидного кристалла располагаются краевые дислокации.
Наиболее совершенны по структуре образцы толщиной в несколько микрон. Они либо содержат единственную осевую дислокацию, либо бездислокационны. В более толстых образцах качество поверхности снижается из-за присутствия слоев вторичного роста.
Таким образом, специфические свойства нитевидных кристаллов, зависящие от совершенства структуры, благодаря которым они стали объектом специальных исследований и которые все более широко начинают использоваться на практике, должны реализоваться только в образцах толщиной не более нескольких микрон [1].
1.2 Фазовые превращения в монокристаллах
Фазовые превращения в усах протекают по-иному, чем в поликристаллах металлов. К такому выводу пришли Р. Цервех и К. Вайман, подробно исследовав перемещение фазовой границы от нагретого конца уса Fе к холодному при постепенном нагревании и охлаждении.
Нагревание уса производилось со скоростью 1°С/с в температурном поле с градиентом порядка 0,4° С/мкм в атмосфере смеси аргона с водородом. Перемещение фаз фиксировалось с помощью скоростной киносъемки. Параллельно для сравнения испытывались и образцы поликристаллической проволоки. Диаметр усов и проволоки был одинаков - 40 мкм, так что влияние размеров образца на характер фазовых превращений исключалось.
Во всех случаях превращения в усах Fе сопровождаются искривлением образца; при обратном фазовом превращении изгиб остается. Визуально очень хорошо видно, что при прямом фазовом переходе необратимо возникают полосы, строго параллельные границе раздела фаз.
Обычно перед фазовым превращением нитевидный кристалл Fе требуется значительно перегреть.
Если ус Fе предварительно деформировать или внести на его поверхность примесь оксида (обычным окислением при нагреве), то фазовое превращение произойдет при более высокой температуре. При этом перемещение границы фаз также будет неравномерных.
Поскольку поликристаллическая проволока Ее состоит из отдельных зерен кристаллов, то а превращения в этом случае развиваются локально (в каждом зерне индивидуально). Хотя удалось наблюдать изменение формы одинарного зерна, эффект изменения формы самой проволоки Fе отсутствует. Это легко объясняется наличием различной ориентации зерен и усреднением механических напряжений множества зерен.
Фазовые превращения в усах Со сопровождаются совершенством их структуры. При этом при нагревании возникают очень четкие параллельные полосы. Эти полосы проявляются гораздо яснее при нагревании, чем при охлаждении, т. Е. при изменении структуры Со. Этот сдвиг приводит к изменению последовательности расположения плотноупакованных слоев в решетке. Число фазовых полос увеличивается при нагреве нитевидного кристалла Со до 600° С.
Таким образом, нитевидный кристалл ведет себя так, как если бы он был необычно длинным отдельным зерном [3].
1.3 Свойства нитевидных монокристаллов
Для изучения механических свойств нитевидные кристаллы испытываются на изгиб, растяжение, кручение, ползучесть и усталость. Высокие прочностные свойства нитевидных кристаллов обнаруживаются при всех видах нагружения, хотя иногда характер напряженного состояния может существенно изменять предел текучести.
Сейчас спустя 60 лет после поразившего всех физиков и технологов открытия К. Херрингом и Дж. Голтом (1953 г.) немыслимой для представлений того времени огромной прочности усов олова накоплен достаточно убедительный материал о прочности других нитевидных кристаллов в сравнении с обычными нитями и волокнами (табл. 1).
Таблица 1.1 - Прочность усов и обычных нитевидных материалов
Материал |
, МПа |
Материал |
, МПа |
|
Волокно дерева |
102,96 |
Рояльная проволока |
2402.62 |
|
Пеньковый канат |
102,96 |
Стальная проволока |
3089 |
|
Паутина |
185,34 |
Проволока W |
3775.56 |
|
Полиэфирная нить |
240,26 |
Усы Fe |
13042.84 |
|
Нейлоновая нить |
549,17 |
Усы Al2O3 |
15102.24 |
|
Проволока Си |
549,17 |
Усы SiO2 |
24026.29 |
|
Асбестовое волокно |
1510,22 |
Усы графита |
24026.29 |
Херринг и Голт показали, что нитевидные кристаллы Sn диаметром 1,8 мкм ведут себя упруго вплоть до деформации 1-2%. Если же изгиб приводит к деформации в поверхностном слое уса, равной 3%, начинается пластическая деформация нитевидного кристалла.
Однако высокие значения прочности характерны только для малых диаметров нитевидных кристаллов: не выше 8-10 мкм.
При уменьшении диаметра от 15-20 до 1-2 мкм прочность усов возрастает в 25 -50 раз. Это чрезвычайно важное обстоятельство, впервые отмеченное Ц. Джуали в 1954 г. на примере нитевидных кристаллов NaCl диаметром от 2 до 24 мкм, впоследствии подтвердилось и для усов металлов (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 - Зависимость прочности металлических усов от их диаметра 1-Fе; 2 - Сu; 3 - Ni; 4 - Со
Это объясняется тем, что с ростом диаметра уса степень совершенства кристаллов убывает. Это легко обнаружить методом травления: в местах выхода дислокаций образуются так называемые «ямки» (плоскости) травления (рис 1.4).
Рисунок 1.4 - Дислокационные ямки травления на торцевой грани нитевидного кристалла
Дислокаций всегда тем больше, чем толще усы. Число дислокаций в металлических усах, диаметр которых больше 5 мкм, может достигать от нескольких единиц до нескольких сот. При увеличении диаметра выше 10 мкм вероятность нахождения дислокаций резко возрастает.
Меняется и характер распределения ямок травления: появляются скопления ямок, они группируются и образуют в конце концов сплошные линии [1].
Также линии скольжения вообще играют важную роль в объяснении прочности нитевидных кристаллов. В усах Сu и Со процесс упрочнения начинается лишь после вступления в действие вторичных систем скольжения. Японскими учеными установлено, что в усах Си с осью роста <111> распространение «волны» сдвига временно прекращается в самых непонятных местах (под микроскопом они кажутся абсолютно бездефектными). Это приводит к быстро набирающему силу упрочению. По-другому происходит распространение полос скольжения в усах Сu с осью роста <100>. Оно носит равномерный характер по всей длине нитевидного кристалла. В зависимости от ориентации кристаллов меняется число эквивалентных систем скольжения, а с уменьшением числа систем скольжения увеличивается протяженность области легкого скольжения нитевидных кристаллов и снижаются значения коэффициента dt/da области деформационного упрочнения (табл. 1.2)
Таблица 1.2 - Влияние ориентации усов меди на их механические свойства
Направление роста |
Число эквивалентных систем скольжения |
Протяженность области л.с.,% |
dt/da, МПа |
Напряжение течения, теч, МПа |
, МПа |
|
[100] |
8 |
15 |
110 |
18 |
170 |
|
[111] |
6 |
20 |
55 |
14 |
190 |
|
[110] |
4 |
30 |
35 |
11 |
70 |
В металлических усах толщиной >20 мкм область легкого скольжения быстро сокращается и полностью исчезает. Снижается и величина «зуба» текучести. [4].
Во всех случаях нитевидные кристаллы диаметром 1-3 мкм достигают рекордных величин прочности (табл. 1.3) [1].
Таблица 1.3 - Механические свойства металлических нитевидных монокристаллов
Усы |
d, мкм |
Напр-ние роста |
Вид деформации |
упр,% |
, МПа |
МПа |
Тип разрушения |
|
Ag |
3,8 |
[100] |
Растяжение |
4 |
1725 |
720 |
Пластический |
|
Au |
- |
[110] |
- |
1,9 |
990 |
- |
То же |
|
Co |
3,5 |
[111] [100] |
Растяжение |
- |
3236 |
- |
То же |
|
Cr |
1,6 |
Изгиб |
3,8 |
7845 |
- |
То же |
||
Cu |
- |
[111] |
Растяжение |
3,0 |
3530 |
920 |
То же |
|
Fe |
1,6 |
[100] [110] [111] |
Растяжение |
4,9 |
13140 |
3600 |
Хрупкий |
|
Ge |
4,6 |
[111] |
Изгиб |
1,98 |
4295 |
- |
- |
|
Mn |
1,7 |
- |
Изгиб |
1,5 |
3040 |
- |
Хрупкий |
|
Ni |
- |
- |
Растяжение |
1,8 |
2900 |
- |
- |
Высокие механические свойства монокристаллов обусловлены высокосовершенной структурой, отсутствием границ зерен, низким количество дислокаций или вовсе бездислокационным строением монокристалла.
2. Технология производства монокристаллов
В настоящее время насчитывается около 150 разновидностей методов получения монокристаллов из паровой, жидкой (расплавов и растворов) и твердой фаз.
Несмотря на большое многообразие, существующие методы получения металлических монокристаллов из жидкой фазы можно разделить на четыре группы:
1. Образование монокристалла из расплава внутри тигля, постепенно перемещающегося с расплавом из горячей зоны печи через холодную диафрагму (метод Бриджмена-Стокбаргера).
2. Кристаллизация путем выведения части расплава из тигля с помощью затравки (метод Чохральского, и метод Степанова - вытягивание профилированных монокристаллов из расплава через диафрагму).
3. Зонная плавка, предложенная Пфанном. К зонной плавке близок метод кристаллизации из металлических расплавов (зонная плавка с температурным градиентом).
4. Формирование монокристалла наплавлением металла или какого-либо другого вещества на торцевую поверхность перемещающейся вниз затравки (метод Вернейля) [3].
Методы Бриджмена-Стокбаргера и Чохральского используются преимущественно для выращивания легкоплавких и средней тугоплавкости металлических монокристаллов (Тпл не превышает 1500°С).
Были попытки получить методом Чохральского с электронно-лучевым нагревом монокристаллы тугоплавких металлов [2].
Метод зонной плавки Пфанна эффективно используется для получения металлических монокристаллов в широком диапазоне температур плавления. В зависимости от тугоплавкости материала осуществляется косвенный, индукционный или электронно-лучевой нагрев.
Метод бестигельной электронно-лучевой зонной плавки нашел наибольшее применение для выращивания монокристаллов тугоплавких металлов, многих их сплавов и соединений. Он позволяет избежать использования тиглей, реагирующих с расплавами тугоплавких металлов, осуществить тонкую регулировку теплового режима и высокотемпературный нагрев металла.
При получении монокристаллов тугоплавких металлов методом электронно-лучевой зонной плавки наряду с эффектом зонной очистки исключительно большое влияние на удаление примесей оказывают так называемые вторичные процессы. Металлические примеси удаляются как за счет эффекта зонной очистки, так и прямым испарением, а примеси внедрения - путем дегазации (в виде СО, СО2, CН4 Н2, N2 и т.д.). Кроме того, при вертикальной зонной плавке удаление примесей может осуществляться за счет флотационного или гравитационного эффектов. Степень очистки при зонной плавке может быть повышена при наложении электрического поля, что наблюдалось на монокристаллах вольфрама, молибдена и редкоземельных металлов.
Одним из существенных достижений в технике выращивания монокристаллов тугоплавких металлов за последние годы явилось применение плазменного нагрева.
Разработанный плазменно-дуговой метод получения монокристаллов тугоплавких металлов общей схемой напоминает метод Вернейля. Процесс начинается с оплавления торцевой поверхности монокристаллической затравки плазменной дугой. При этом в отличие от метода Вернейля наводится относительно глубокая ванна (~ 5 мм). По мере подпитки ванны жидким металлом затравка опускается вниз, поддерживая границу жидкой и твердой фаз на постоянном уровне. Процесс можно отождествить с однократной зонной плавкой при движении зоны расплава снизу вверх. Как и при зонной плавке, должно соблюдаться условие равенства количества металла, расплавляемого на верхней границе и кристаллизующегося на нижней границе зоны. При этом методе очистка от примесей наряду с эффектами, реализуемыми при зонной плавке, осуществляется за счет взаимодействия с компонентами плазмообразующего газа и сильного перегрева расплава.
Плазменно-дуговым методом были получены крупные монокристаллы вольфрама и молибдена диаметром до 50 мм с низким остаточным содержанием примесей, особенно углерода. Метод характеризуется высокой производительностью, позволяет использовать исходные материалы с повышенным содержанием примесей, что недопустимо при электроннолучевом нагреве.
Рекристаллизационные методы получения металлических монокристаллов требуют использования исходных металлов высокой чистоты или легированных микропримесями, стимулирующими направленный рост кристаллов в твердой фазе.
Преимущества - возможность получения монокристаллов полиморфных металлов. При использовании этого метода исходный материал медленно и по возможности равномерно деформируют на несколько процентов, после чего нагревают, чтобы вызвать рост зерна.
Для получения монокристаллов тугоплавких металлов используется метод электронно-лучевой зонной плавки (ЭЛЗП).
Химический состав материала, скорость роста, число проходов жидкой зоны, геометрия монокристалла и ряд других технологических параметров могут существенно повлиять на структурное совершенство выращиваемых монокристаллов[3].
2.1 Получение нитевидных монокристаллов
Метод кристаллизации из газовой фазы (сублимация - кристаллизация) применяется для получения тонких пленок и нитевидных кристаллов - усов.
Промышленно выращивают нитевидные кристаллы тугоплавких соединений (карбидов типа В4С, SiC, оксидов типа Аl2О3; SiО2), которые применяют в качестве упрочняющих элементов в композиционных материалах.
Схема получения металлических усов в лабораторных условиях: в вакуумированную капсулу помещают порошок исходного материала и нагревают до температуры сублимации. Образовавшийся в результате пар поступает в холодную зону капсулы и конденсируется на стенках в виде усов. Иногда пары транспортируются газом-носителем: аргоном, азотом или воздухом, если материал не окисляется. Кристаллография нитевидных кристаллов довольно однообразна - ось дендритного роста совпадает с осью кристалла.
Получение вольфрамовых монокристаллических пленок кристаллизацией из газовой фазы осуществляют методом химических транспортных реакций в газофазной системе вольфрам-хлор.
В качестве подложек используются монокристаллические листы молибдена с плоскостью прокатки {100}, {110}, (111).
Исходным сырьем в процессах осаждения служат диски из фторидного вольфрама. Транспортирующим реагентом является гексахлорид вольфрама.
Выбор конструкции и материалов реакционной аппаратуры определялся геометрией подложек, химической активностью газовой среды и рабочими температурами процесса.
Конструкция состоит из кварцевой колбы с испарителем и молибденового технологического реактора, которые образуют разборный реакционный аппарат. Внутри аппарата расположены подложка и исходное вольфрамовое сырье. Герметизация реакционного аппарата осуществляется уплотнением из вольфрамового порошка. Испаритель, в который загружается порошок гексахлорида вольфрама, снабжен шлифом, обеспечивающим откачку реакционного объема. Разогрев подложки осуществляется с помощью вольфрамового пруткового нагревателя, разогрев сырья - излучением от подложки. После монтажа реакционный аппарат крепится на технологическом фланце вакуумной установки [1].
3. Нитевидные монокристаллы материалы будущего
Металлические усы предназначены непосредственно для армирования при изготовлении суперпрочных композиционных материалов. Они в 10-20 раз дороже обычных поликристаллических волокон, однако преимущества их использования неоспоримы. При этом появляется возможность значительно уменьшить габариты деталей, их толщину и т.д.
При использовании усов можно не только в 5 - 10 раз снизить вес конструкционных материалов, но и резко увеличить их прочность. Например, добавка 4 мас.% монокристаллических металлических усов в стеклопластики позволяет получить совершенно новый материал. Модуль упругости этого материала равен модулю стали, прочность его в 5 раз выше, а вес - в 3 раза меньше.
Композиционный материал, изготовленный фирмой «Преша кемикл» на основе монокристаллических вискеров W, залитых расплавленной медью, имеет прочность 2460 МПа. Достаточно сравнить с прочностю современных сверхпрочных сплавов (от 48 до 96 кгс/мм2), чтобы убедиться, что металлические усы - это действительно материалы будущего.
Фирма «Тайко» (США) опробовала целый ряд усов для армирования композитов с матрицей из Ti, Ni и других металлов. Лопатки двигателей были изготовлены из композитов на основе усов карбидов, боридов, силицидов и оксидов различных металлов и неметаллов. Многообещающими оказались монокристаллы А12О3 диаметром менее 0,1 мм и длиной 300 - 500 мм, выращенные по методу Чохральского. Прочность этих усов составляет 350 кгс/мм2. Считается перспективным применение композитов на основе усов а-А12О3 с нихромовой матрицей для лопаток двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов. Длительная прочность таких лопаток, по оценке специалистов, составит 15 кгс/мм2 при эксплуатации при 1200° С в течение 3000 ч.
Ракетные сопла
Фирма «Фиалка» (США) официально сообщила об успешном окончании работ по созданию новых композиционных материалов для изготовления сопла и стенок ракетного двигателя, работающего на топливной паре при давлении 15 атм. Разработанный этой фирмой композиционный материал состоит из нитевидной арматуры (усы А12О3) и фенольной смолы.
Добилась удвоения прочности конструкционного материала для ракетных сопел, работающих при температуре 1650° С, американская фирма «Термокине - тик файберс». Задача была решена путем армирования сопел из вольфрама и молибдена нитевидными кристаллами А12О3 в виде войлока и отдельных волокон. Армирование производилось методами порошковой металлургии.
Возвращаемые космические аппараты
Поверхность цилиндрических аппаратов и передние кромки крыльев и рулей возвращаемых на землю космических объектов подвергаются огромным гидродинамическим, тепловым и абразивным нагрузкам. В программах ВВС США по внедрению волокнистых материалов в эту отрасль техники делается основной упор на создание температуроустойчивых прочных композиционных материалов.
В основном сейчас применяются композиты из армирующих усов бора, стекловолокна, усов сапфира А12О3 и усов карбида кремния SiC. Так, например, казался успешным опыт фирмы «Авко» по значительному увеличению поперечной прочности тепловых экранов возвращаемых космических аппаратов путем введения усов в матрицу. Даже безориентированное введение 50 мас.% усов SiC или А12О3 в матрицу из эпоксидной смолы позволило улучшить упругие свойства тепловых экранов. Ориентирование усов в матрице безусловно должно дополнительно повысить прочность новых материалов. Батискафы и подводные гондолы
Батискафы и подводные гондолы
Батискафы - еще одна сфера применения композиционных материалов, армированных нитевидными монокристаллами. Малый вес, высокая прочность, усталостная долговечность в морской воде, корродирующей другие материалы, все это способствует их использованию для изготовления корпусов батискафов. Но не только сферические днища и корпуса батискафов можно делать из композитов на основе усов. Сюда же относятся внешние люки, фланцы, кольцевой крепеж оборудования, трубопроводы, патрубки, корпуса наружных систем и приборов.
Износостойкие пары трения
В космических условиях невозможно применение обычных смазывающих материалов. Уже сейчас в парах трения космических аппаратов находят применение композиционные материалы, в которых нитевидные армирующие кристаллы ориентированы перпендикулярно к трущейся поверхности. К числу широко используемых нитевидных кристаллов относятся а-А12О3, SiC и др. Высокотвердые нитевидные кристаллы применяются в дисковых муфтах, шестернях коробок передач, тяжело нагруженных механизмах катапульт и т.д.
По-видимому, нитевидные металлические и полупроводниковые усы - непревзойденный материал для изготовления тензодатчиков. Ведь область их упругой деформации на два порядка превосходит область работы проволочных тензоэлементов в самых лучших обычно применяемых тензодатчиках.
Высокое совершенство кристаллической структуры и добротность усов Fе, Ni и Сo позволяют использовать их в качестве механических осцилляторов высокой чувствительности, реагирующих на ничтожные изменения величин.
Что касается электроники, то в ней нитевидные кристаллы находят все большее и большее применение. По данным ученых США, композиты из направленно расположенных усов в различных матрицах могут с успехом использоваться в самых различных схемах, устройствах и электронных материалах. К их числу относятся бесконтактные ключи и переменные сопротивления, бесщеточные двигатели постоянного тока, зонды для измерения магнитных полей в современных криогенных магнитах, инфракрасные поляризаторы, ферромагнитные материалы с улучшенными свойствами, антикатоды, контактные схемы для получения изображения, электрооптические преобразователи, термические проводники, а, возможно, и сверхпроводники 2-го рода и др.
Интересное направление применения металлических усов - создание сверхпрочной проволоки из обычных металлов. По данным американской фирмы «Горизонс», добавка к железной проволоке всего 8 мас.% усов Fе повышает ее прочность при растяжении на 34%. Увеличение объемной доли такой арматуры на 20% повышает прочность изделий почти вдвое.
Магнитные пленки, диски и другие современные звукозаписывающие устройства - еще одно из перспективных направлений применения магнитных усов Fе, Со, Ni и их оксидов, которое сейчас интенсивно разрабатывается [4].
Список литературы
1. Бережкова Г.В., Нитевидные кристаллы, М.: Наука, 1969 -158 c.
2. Материаловедение. Под ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.
3. Лодиз Р., Паркер Р. Рост кристаллов. М.: Мир, 1974 - 540 с.
4. Сыркин В.Г. Материалы будущего. О нитевидных кристаллах металлов. М.: Наука, 1990 - 191 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчёт константы равновесия процесса выращивания монокристаллов. Процесс сублимации компонентов Cd и Te. Расчёт парциальных давлений паров компонентов. Принципиальная схема реактора и распределение температуры. Оценка возможности окисления компонентов.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 11.12.2016Основные способы выращивания монокристаллов. Способ их выращивания из паровой фазы. Применение методов Врейнеля, Бриджмена, Чохральского и зонной плавки. Структура, дефектность и нестехиометрия ферритов. Изучение сущности метода совместного осаждения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.06.2015Примеры применения монокристаллов. Семь кристаллических систем: триклинная, моноклинная, ромбическая, тетрагональная, ромбоэдрическая, гексагональная и кубическая. Простые формы кристаллов. Получение перенасыщенного раствора и выращивание кристалла.
презентация [391,6 K], добавлен 09.04.2012Основные стадии технологического процесса выращивания монокристалла методом вытягивания из расплава. Устройство теплового узла, классификация источников нагрева. Применение графитового тигля для выращивания монокристаллов германия методом Чохральского.
презентация [711,0 K], добавлен 19.02.2016Суперионные проводники - твердые тела, обладающие свойством быстрого ионного переноса и высокой ионной проводимостью. Получение монокристаллов в системах на основе AgJ. Исследование гетеропереходов с чистыми и легированными суперионными проводниками.
автореферат [1,4 M], добавлен 22.03.2009Практические аспекты изучения клатратообразования. Влияние фактора растворителя на природу строения сольватов. Методы кристаллизации полиморфов. Получение монокристаллов изученных веществ, определение кристаллографических параметров и сбор данных.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 25.06.2015Применение нанотехнологий в медицине. Воздействие наночастиц на организм человека. Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов. Получение монокристаллов в двухслойной ванне. Устройства для получения препаратов с нитевидными кристаллами.
дипломная работа [977,4 K], добавлен 04.06.2015Основные виды кристаллов. Естественный и искусственный рост кристаллов. Выращивание кристаллов как физико-химический процесс, требуемое оборудование. Способы образования кристаллов. Выращивание монокристаллов из расплава, растворов и паровой фазы.
реферат [57,3 K], добавлен 07.06.2013Анализ путей образования электронных дефектов в электролитах и оценка их концентрации. Оценка величины электронной проводимости медьпроводящих электролитов. Разработка методики выращивания из растворов монокристаллов медьпроводящих твердых электролитов.
автореферат [34,0 K], добавлен 16.10.2009Понятие и основные разновидности излучений, их признаки и свойства. Взаимодействие бета-излучения с веществом: ионизационные, радиационные, поляризационные потери, упругое рассеяние. Отличительные особенности и отличительные свойства бета-детектирования.
курсовая работа [318,5 K], добавлен 28.02.2015Общая характеристика, отличительные признаки химических d-элементов. Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов. D-элементы как хорошие комплексообразователи. Руды и способы их получения. Ряд напряжения металлов, их основные химические свойства.
презентация [672,8 K], добавлен 22.04.2013Серная кислота как один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности, сферы и направления ее практического применения на сегодня. Типы кислоты и их отличительные признаки. Этапы производства данного продукта, сырье для процесса.
реферат [683,0 K], добавлен 09.03.2011История исследований в области хитина и хитозана, их общая характеристика, особенности строения и свойства, сферы практического применения на современном этапе. Способы переработки сточных вод производства хитозана, их типы и применяемые материалы.
контрольная работа [39,1 K], добавлен 13.11.2011Исследование динамики полимерных цепей в растворе, которая является чувствительным тестом внутримакромолекулярного структурообразования и химических превращений с участием макромолекул, а также фактором, влияющим на протекание реакций в цепях полимера.
статья [259,7 K], добавлен 18.03.2010Свойства, области использования, сырье и технология изготовления серной кислоты, а также характеристика прогрессивных способов и перспектив развития ее производства. Анализ динамики трудозатрат при развитии технологического процесса серной кислоты.
контрольная работа [228,6 K], добавлен 30.03.2010Методы выщелачивания: подземное, бактериальное, кучное, их сравнительная характеристика и отличительные особенности, условия применения. Физические свойства цианида натрия. Технология производства цианида, применение и воздействие на окружающую среду.
курсовая работа [36,5 K], добавлен 20.12.2011Типы, свойства, структура и характеристика углеродных волокон, их получение на основе ПАН волокон. Основные закономерности процессов графитации и карбонизации. Влияние условий модифицирования поверхности УВ на ее активность и пористую структуру.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 17.02.2009Промышленный способ получения полипропилена. Основные параметры (отличительные признаки) предварительной обработки пропиленом катализаторного комплекса. Технологическая система производства сотового полипропилена, его физико-механические свойства.
курсовая работа [7,4 M], добавлен 24.05.2015Витанолиды как полиоксистероиды (С-28), в основе которых лежит циклопентанпергидрофенантрен, их классификация и типы, отличительные признаки и свойства. Сферы распространения данных химических соединений, их применение в медицине. Выделение физалактона.
реферат [117,8 K], добавлен 08.06.2011Состав и основные свойства битумов, методы их применения: дорожные покрытия, водозащитные средства, кровельные материалы. Модернизация производства битумов в Российской Федерации вакуумной перегонкой, деасфальтизацией парафинами и окислением воздухом.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 11.10.2011