Нитевидные кристаллы, «усы», монокристаллы в форме иголок и волокон, имеющие диаметр от нескольких нм (десятков ) до нескольких сот мкм и большое отношение длины к диаметру (обычно более 100). Известны самородные волокнистые кристаллы Au, Ag, Cu, Sn, Pb, S, различных окислов и силикатов. Часто природные Нитевидные кристаллы встречаются в виде включений внутри др. минералов (например, иглы рутила в природных кристаллах рубина, кварца).

  Первые упоминания об искусственном получении Нитевидные кристаллы относятся к 16 в. Особенный интерес к Нитевидные кристаллы возник в 50-х гг. 20 в. — после того как было обнаружено, что Нитевидные кристаллы многих веществ обладают необычно высокими механическими свойствами. В последующие годы в лабораториях ряда стран получены Нитевидные кристаллы более 140 различных элементов и соединений. Нитевидные кристаллы некоторых тугоплавких соединений (карбида кремния, окиси алюминия, нитрида кремния и др.) выпускаются в промышленных масштабах.

  Наиболее важное свойство Нитевидные кристаллы — уникально высокая прочность (близкая к теоретической, которую можно оценить из значений модуля упругости материала), в несколько раз превосходящая прочность массивных монои поликристаллов (рис. 1). Высокая прочность Нитевидные кристаллы объясняется совершенством их структуры и значительно меньшим, чем у массивных кристаллов, количеством (а иногда полным отсутствием) объёмных и поверхностных дефектов (одна из важнейших причин малой дефектности Нитевидные кристаллы — их малые размеры, при которых вероятность присутствия дефекта в каждом из кристаллов невелика).

Рис. 1. Прочность нитевидных кристаллов в сравнении с теоретической и реальной прочностью некоторых материалов: 1 — теоретическая (s» 0,1 Е, где Е — модуль упругости); 2 — нитевидные кристаллы; 3 — непрерывные волокна; 4 — массивные образцы.

  Нитевидные кристаллы тугоплавких соединений, помимо высокой температуры плавления и прочности, имеют высокий модуль упругости, химически инертны по отношению ко многим металлическим, полимерным и керамическим материалам до весьма высоких температур. В Нитевидные кристаллы, в отличие от поликристаллических волокон, не могут идти процессы рекристаллизации, обычно вызывающие резкое падение прочности при высоких температурах. Известно большое число методов получения Нитевидные кристаллы: физическое испарение с последующей конденсацией, осаждение из газовой фазы при участии химических реакций, кристаллизация из растворов, направленная кристаллизация эвтектических сплавов, выращивание на пористых мембранах и др. Нитевидные кристаллы тугоплавких металлов и соединений обычно получают методом осаждения из газовой фазы в высокотемпературных печах периодического, полунепрерывного или непрерывного действия. На рис. 2 показаны возможные схемы роста Нитевидные кристаллы Наиболее важные направления в применении Нитевидные кристаллы — реализация их высоких прочностных свойств в композиционных материалах, а также использование их высокой тепловой и абразивной стойкости.

Рис. 2. Схемы роста нитевидного кристалла из газовой фазы по дислокационному механизму (а) и механизму пар — жидкость — твёрдая фаза (б).

 

  Лит.: Бережкова Г. В., Нитевидные кристаллы М., 1969; Монокристальные волокна и армированные ими материалы, пер. с англ., М., 1973.

  В. Н. Грибков, К. И. Портной.