ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принципы получения нитевидных кристаллов (усов) из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Многие неорганические материалы обладают высокими жаростойкими характеристиками. К ним относятся тугоплавкие металлы и их сплавы, окислы многих элементов, карбиды, нитриды и другие соединения. Им присущи разнообразные физические, химические и механические свойства. Наряду с высокой термостойкостью многие из них имеют достаточно высокую теплостойкость, т. е. способность сохранять механические свойства при высоких температурах. По фазовому состоянию подавляющее число их относится к кристаллическим соединениям, имеющим мелкокристаллическую структуру. Для большинства неорганических соединений характерно многообразие структурных форм, благодаря чему при одном и том же химическом составе они могут обладать разнообразными свойствами. Типичным примером могут служить окислы металлов и неметаллов. Благородный камень рубин и грубый кирпич имеют одну н ту же основу — окись алюминия, но как различны их свойства [1]. Основой таких разных по свойствам соединений, как асбест, тальк, слюда, кварц, является окись кремния. [c.317] Естественно, что жаростойкие соединения привлекли внимание как исходные материалы для получения волокон. Интенсивные исследования в этом направлении проводились в течение последнего десятилетия, и уже достигнуты значительные успехи. В настоящее время получено большое число разнообразных жаростойких волокон с использованием в качестве исходных материалов тугоплавких металлов и их сплавов, окислов, карбидов, нитридов и других соединений. [c.317] Вследствие использования большого числа соединений и разнообразия способов получения из них неорганических волокон не представляется возможным придержгшаться более или менее строгой классификации при изложении материалов данной главы. Наиболее рационально положить в основу изложения способы получения волокон или химический состав исходных продуктов. Однако сделать это по указанным выше причинам не представляется возможным, поэтому приходится в одних случаях за основу принимать способы получения волокон разного химического состава, в других — рассматривать получение волокон из одного класса соединений различными способами. Это неизбежно приводит к частичному повторению способов получения отдельных типов волокон различными методами. [c.318] В данной главе рассмотрены принципы получения неорганических жаростойких волокон. [c.318] В научной и научно-информационной литературе, а также в патентах приводятся сведения о физико-химических основах получения большого числа жаростойких волокон. Мы не ставили перед собой задачу рассмотреть всю литературу по этому вопросу, и представленный материал не может служить поэтому библиографическим справочником. Целесообразно было показать большое многообразие и особенности получения отдельных, наиболее перспективных жаростойких волокон. Дополнительные сведения об этих волокнах приводятся в монографиях [2, с. 249—413 3, с. 340—385 4, с. 165]. [c.318] Усы довольно широко распространены в природе асбест, волокнистые формы ряда минералов (хризолит, крокодилит, тремолит и др.). Усы рутила (Т10г), встречающиеся в отложениях кварца, были известны в глубокой древности под названием серебристые волосы Венеры . [c.319] При соответствующих условиях кристаллизации любое кристаллическое вещество можно получить в виде усов. В настоящее время выращено более 100 типов усов из металлов, карбидов, окислов металлов и других соединений. [c.319] Усы вследствие своих уникальных механических свойств в последнее время привлекли внимание исследователей. Прочность их составляет 1000—2000 кгс/мм . Недавно американская фирма arborundum [5] сообщила о получении усов Si с прочностью 4218 кгс/мм2. Модуль Юнга усов находится в пределах 40-10 — 100-10 кгс/мм . Приведенные значения прочности усов все же меньше теоретической, рассчитанной по энергии межатомного взаимодействия для идеальных кристаллов. Теоретическая прочность От определяется приближенно по уравнению От = 0,1 (где Е — модуль Юнга). Несоответствие между теоретически вычисленной и практически полученной прочностью обусловлено микро- и макродефектами кристаллитов. Различают две группы микродефектов — точечные и линейные. К точечным дефектам относятся вакансии (узлы решеток, в которых отсутствуют атомы) смещение атомов по отношению к положению равновесия чужеродные атомы, внедренные в кристаллическую решетку. К линейным дефектам относятся прежде всего дислокации, резко снижающие прочность кристаллических тел, а также поверхностные макродефекты (трещины и др.). [c.319] Ниже приводятся краткие сведения о принципах выращивания усов. Более подробно теория роста усов изложена в работе [2, с. 250—262]. [c.319] Образующаяся АЬОз осаждается па бортах лодочки в виде нитевидных кристаллов (усов) на расстоянии около 5 см от зеркала расплава алюминия. [c.320] Усы карбидов можно выращивать из расплава, пересыщенного раствора, из газовой фазы, методом сублимации. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Наибольший интерес представляют усы Si они обладают высокими механическими свойствами и являются хорошими полупроводниками [7, с. 67 8]. Производство Si -усов организовано фирмами arborundum и TKF [7, 8]. [c.320] Некоторые компании [9] занимаются выращиванием усов В4С. [c.320] Возможность выращивания усов из расплава определяется стабильностью данного карбида в расплавленном состоянии. Метод получения усов Si и В4С из расплавов оказался непригодным, так как эти карбиды разлагаются при температуре плавления. Даже при повышении давления до 170 кгс/см не была достигнута стабильность карбидов в расплавленном состоянии [7]. Создание более жестких условий для предотвращения распада карбидов значительно усложняет и без того трудоемкий процесс. При выращивании усов карбида вольфрама из расплава получены положительные результаты. Нитевидные кристаллы получают из смеси расплава W и кобальта при температуре 1350—1700 °С при содержании W в расплаве менее 25 мол. %. [c.320] Для получения усов карбида кремния [10] и карбида ванадия [II] применяют метод зонной плавки, который является разновидностью метода выращивания усов из раствора. [c.321] Усы Si можно получить при взаимодействии кремния с углеродом в среде аммиака или смеси азота и водорода при температуре 1345—1550 °С. Этим способом [23—25] получают довольно однородные по размерам усы диаметром 2—4 мкм со средней длиной около 50 мм. [c.321] Известны и другие способы получения Si -усов, например восстановлением силикатов алюминия углеродом в среде метана, пиролизом влажного этилена при 1300 °С в трубке из кварца [26] н др. [c.321] Усы графита были получены Бэконом [31] они выращивались в дуге электрического разряда между графитовыми электродами в инертной среде при высоком давлении. Усы имеют оригинальную форму скрученной фольги (рис. 7.1), что энергетически выгодно (малое отнощение поверхности к объему). Предполагается, что лентовидные зародыщи закручиваются вокруг своей оси. [c.322] Металлические усы меди, серебра, железа, никеля, кобальта, марганца и других металлов получают восстановлением галогени-дов металлов [3, с. 340—385]. Длина усов колеблется в пределах 0,25—50 мм. [c.322] Следует отметить, что среди волокнистых материалов усы обладают наиболее высокими механическими показателями. Однако, как указывалось ранее, способы их производства пока еще несовершенны и малопроизводительны, поэтому стоимость очень высока. К недостаткам усов относится ограниченная длина, большая неравномерность по размерам, прочности и модулю Юнга, что приводит к ряду трудностей при применении их в качестве армирующих материалов. Несмотря на перечисленные недостатки, перспективы применения усов для создания композиционных материалов заманчивы, и на эти материалы возлагаются большие надежды. [c.322] Вернуться к основной статье