Нитевидные кристаллы

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 неск. мм, диаметр 0,5-50 мкм. Форма поперечного сечения нитевидных кристаллов зависит от типа кристаллич. ячейки данного соед. и м. б. треугольной, квадратной, шестиугольной и др. Иногда нитевидные кристаллы имеют вид тонких трубок, лент, пластинок иди спирально свернутдго "рулета". Наиб. изучены нитевидные кристаллы кремния, углерода (графит), металлов, оксидов Аl и Zr, карбидов Si, В, Hf и W, нитридов Аl и В (см. табл.).

Нитевидные кристаллы характеризуются высокой однородностью и совершенством структуры и пов-сти. В очень тонких (диаметр < 1 мкм) нитевидных кристаллах, как правило, нет дислокаций, у них высокосовершенная пов-сть. С увеличением размеров кристаллов в процессе роста могут образовываться дислокации, на пов-сти кристаллов часто наблюдаются ступени роста и ДР-дефекты (см. Дефекты в кристаллах).

СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ

* Разброс значений определяется размерами нитевидных кристаллов и методом выращивания.

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

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

Осн. способы выращивания нитевидных кристаллов-осаждение из газовой фазы и кристаллизация из р-ров и расплавов по методам монокристаллов вырвщивания. Нитевидные кристаллы 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 нитевидных кристаллов может происходить из газовой (паровой) фазы, р-pа, расплава или твердой фазы. Рост из газовой фазы осуществляется путем конденсации паров либо вследствие р-ций разложения летучих в-в (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. р-р кристаллизующее гося в-ва в р-рителе. Кристаллизующееся в-во диффундирует в зту каплю, осаждается на границе жидкость - кристалл, а капля остается на вершине. По этому механизму нитевидные кристаллы растут на тех участках. к.-л. подложки, на к-рой есть р-ритель.

При росте нитевидных кристаллов из р-ров или твердой фазы существ. роль играют винтовые дислокации, по к-.рым и происходит преимуществ. рост кристалла. При этом вершина или основание (напр., при росте из твердой фазы на пов-сти металлов) нитевидного кристалла имеет незарастающую ступеньку, воспроизводящую себя по мере поступления в-ва. В-во к вершине кристалла поступает диффузионно вдоль боковой пов-сти или непосредстренно осаждается на эту вершину. В нек-рых случаях росту нитевидных кристаллов из р-ров способствуют длинноцепочечные молекулы (напр., полимеров), к-рые, адсорбируясь на боковых гранях нитевидных кристаллов, тормозят рост во всех направлениях, кроме одного. РОСТ нитевидных кристаллов из расплавов осуществляется гл. обр. направленной кристаллизацией.

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

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

Нитевидные кристаллы 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.