Уже много лет ученых тревожила одна из загадок природы. Зная, каков порядок расположения атомов в кристалле, ученые рассчитали, какова должна быть прочность атомного «каркаса». И вдруг оказалось, что все технические металлы на самом деле гораздо менее прочны, чем получается по расчету. Так, например, чистое железо или чистое олово должны быть в сто, а то и в тысячу раз прочнее, чем то железо и то олово, с которым имеет дело техника.
Но почему же реальный, технический металл не столь прочен, как получается по расчету?
Оказалось, что в идеальном порядке атомных построек в каждом кристалле можно встретить дефекты, нарушения: либо как бы оборвана, не закончена атомная плоскость, либо как бы сдвинут ее порядок. Обнаружилось, что такие дефекты всегда существуют в любом кристалле. Очень тонкие, очень малые нарушения, но ведь, «где тонко, там и рвется». Поэтому, если на кристалл снаружи действуют силы, кристалл поддается им прежде всего в тех местах, где порядок нарушен. Представьте себе, что в ажурном каркасе высотного дома одна из балок оказалась с изъяном: из-за нее легко может рухнуть вся постройка. Так и в кристалле из-за дефектных мест атомные постройки разрушаются намного легче, чем должно быть по расчету.
Техническое железо выдерживает вес в 20 кГ на 1 мм2, а могло бы оно выдерживать 1400 кГ при том же сечении. И только из-за того, что какие-то атомы железа сошли со своих мест, приходится тратить семьдесят тонн железа там, где можно было бы обойтись и одной! Естественно, что техника крайне заинтересована в создании высокопрочных кристаллов. Очевидно, это должны быть кристаллы с совершенно идеальным порядком, без единого нарушения атомного строя. Задача очень трудная, но первые успехи уже есть. Удалось получить кристаллы железа и других металлов, в 100—1000 раз более прочные, чем природные. Пока такие кристаллы очень малы: это нитевидные кристаллы — «усики», тоньше человеческого волоса. Больших бездефектных кристаллов пока выращивают мало, но и высокопрочные «усики», несомненно, громадное до-стижение науки.
И еще одну задачу в настоящее время решают ученые. Можно научиться, так сказать, наводить порядок в беспорядке: так растить кристаллы, чтобы дефекты, нарушения атомных построек располагались не случайно, а в нужном порядке. Так могут быть созданы кристаллы с заранее заданными свойствами — магнитными, электрическими, механическими.
|
