нитевидные кристаллы

НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ ("усы", вискерсы)

монокристаллы в виде игл или волокон. Размеры Н. к. в одном направлении во много раз больше, чем в остальных: типичная длина от 0,5 мм до неск. мм, диаметр 0,5–50 мкм. Форма поперечного сечения Н, к. зависит от типа кристаллич. ячейки данного соед. и м. б. треугольной, квадратной, шестиугольной и др. Иногда Н.к. имеют вид тонких трубок, лент, пластинок иди спирально свернутдго "рулета". Наиб. изучены Н.к. кремния, углерода (графит), металлов, оксидов Al и Zr, карбидов Si, В, Hf и W, нитридов Al и В (см. табл.).

Н.к. характеризуются высокой однородностью и совершенством структуры и поверхности. В очень тонких (диаметр < 1 мкм) Н.к., 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 ДР-дефекты (см. дефекты в кристаллах).

^{СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ}

_{* Разброс значений определяется размерами Н.к, и методом выращивания.}

Бездислокационные Н.к. существенно отличаются по своим мех. и физ. свойствам от обычных монокристаллов и поликристаллич. материалов. Так, макс. прочность Н.к. обычно составляет не менее 20–30% от теоретической, модуль упругости достигает теоретич. значений для монокристаллов c идеальной структурой. Кроме обычной статич. прочности Н.к. (особенно очень тонкие) отличаются большой усталостной прочностью, способностью выдерживать упругие деформации до ~ 3% и сохранять свою прочность при температурах, близких к температурам плавления.

Особые тепловые, электрич. и магн. свойства металлических Н.к. также объясняются высоким совершенством их поверхности. Так, они обладают более высокой теплопроводностью и электрич. проводимостью, чем обычные монокристаллы. Коэрцитивная сила тонких ферромагнитных Н.к. также значительно выше-для Fe она достигает 40 кА/м. У относительно толстых Н.к. вблизи поверхностных дефектов часто зарождаются домены, что вызывает уменьшение коэрцитивной силы.

Осн. способы выращивания Н. к. — осаждение из газовой фазы и кристаллизация из растворов и расплавов по методам монокристаллов вырвщивания. Н.к. образуются вследствие высокой скорости роста в определенном кристаллографии, направлении, напр. по нормали к плотноупакованной грани. Скорость удлинения во много раз больше, чем скорость роста обычных кристаллов (в газовой фазе обычно ок. 0,01 мм/с, иногда 1–2 см/с),

Рост Н.к. может происходить из газовой (паровой) фазы, р-pа, расплава или твердой фазы. Рост из газовой фазы осуществляется путем конденсации паров либо вследствие реакций разложения летучих веществ (хлоридов, силанов и др,).

Рост из газа или пара в системе пар-жидкость-кристалл (ПЖК-метод) происходит е вершины кристалла через про-межут. жидкую фазу, находящуюся на вершине кристалла в виде капли, содержащей перееыщ. раствор кристаллизующее гося вещества в растворителе. Кристаллизующееся вещество диффундирует в зту каплю, осаждается на границе жидкость — кристалл, а капля остается на вершине. По этдму механизму Н.к. растут на тех участках. к.-л. подложки, на которой есть растворитель.

При росте Н-К- из ргров или твердой фазы существ. роль играют винтовые дислокации, по к-.рым и происходит преимуществ. рост кристалла. При этом вершина или основание (напр., при роете из твердой фазы на поверхности металлов) Н.к. имеет незарастающую ступеньку, воспроизводящую себя по мере поступления вещества. Вещество к вершине кристалла поступает диффузионно вдоль боковой поверхности или непосредстренно осаждается на эту вершину. В некоторых случаях росту Н.к. из растворов способствуют длинноцепочечные молекулы (напр., полимеров), которые, адсорбируюсь на боковых гранях Н.к., тормозят рост во всех направлениях, кроме одного. РОСТ Н.к, из расплавов осуществляется гл. обр. направленной кристаллизацией.

Существуют и др. методы выращивания, напр. электролиз с образованием кристаллов на электродах. В некоторых случаях Н,к. выращивают на подложке из армирующего волокна и В таком виде используют (напр., "вискеризован-ные" углеродные волокна).

Ленточные, а также трубчатые Н.к. чаще всего образуются из газовой фазы. В их образовании также могут играть роль разл. несовершенства структуры-дислокации (особенно винтовые), дефекты упаковки, микродвойники и др.

Н.к. применяют при изготовлении разл. датчиков (миниатюрные термометры, тензодатчики, датчики Холла, дози-метрич. датчики), автоэмиссионных катодов, в качестве армирующих компонентов в высокопрочных композиционных материалах с металлич., керамич. и полимерными матрицами.

^{Лит.: Бережкова Г. В., Нитевидные кристаллы, М., 1969; Современные композиционные материалы, под ред. Л. Браутмана и Р. Крока, пер. с англ., М., 1970; Монокристалльные волокна и армированные ими материалы, пер. с англ., М., 1973; Келли А., Высокопрочные материалы, пер. с англ., М., 1976; Гиваргизов Е. И., Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара, М., 1977; Наполнители для современных композиционных материалов, пер. с англ., М., 1981; Сыркин В. Г., Материалы будущего. О нитевидных кристаллах металлов, М., 1989.}

_{К. Е. Перепелкин}