Styrka

Högkvalitativt stål har samma hållfasthet 1 000 MPa. Under tiden redan in 1923 år beräknades, att kristallstyrkan hos vanligt bordssalt borde vara 5000 MPa, så fem gånger mer. Enligt samma beräkningar bör rent järn ha ännu större styrka, för till 13500 MPa, det är över 50 gånger mer än den faktiska hållfastheten hos tekniskt järn. Intressant, järn är inte det starkaste alls. Vanlig grafit, som vi lätt kan bryta även när vi slipar en penna, det borde vara mer hållbart än järn, nästan tre gånger mer. Innebär att, det på en stav gjord av grafit med samma tjocklek som grafiten i en penna, vi kunde stänga av en laddad gammal eller fyra polska Fiats 125 sid.

Varifrån kom dessa uppgifter? På vilken grund gjordes dessa beräkningar? Innan vi svarar på den frågan, låt oss komma ihåg, ze metall, precis som bordssalt, har en kristallin struktur. Strukturen hos kristallgitteret av metaller varierar, men vad de alla har gemensamt är detta, att deras gitter är gjorda av elementets atomer, bildandet av detta gitter beror på bindningskrafterna mellan atomer. Och här ligger svaret på frågan. Det är just på grundval av beräkningen av attraktionskrafterna mellan kristallgitterets atomer att materialens teoretiska styrka kan beräknas.

Tyvärr, teoretiska beräkningar visar oss bara sökningens riktning, och de ger inga praktiska resultat. För att få styrkan hos järnet lika med det beräknade, vi måste producera perfekt enhetliga enstaka kristaller. Kristaller, där det bara skulle finnas järnatomer utan främmande orenheter. Dessutom bör alla atomer ordnas mycket regelbundet, så att en atom placerad i hörnet av en elementär kristall samtidigt är ett element i en intilliggande elementär partikel.

Så vi har två svårigheter att övervinna: den första - föroreningar i kristallerna och den andra – heterogenitet i deras struktur. Kan vi göra det??

Moderna fysiker, och allt oftare önskar elektronik "” i, mer viktigt, ta emot germanium enstaka kristaller (en av de viktiga halvledarna) o czystości „siedmiu dziewiątek’. Innebär att, att det i en halvledargermaniumgermanium borde vara 99,99999% germanu. Endast en främmande elementatom per 10 miljoner germaniumatomer.

Bilden ovan visar ett fotografi av kristallen som tagits med ett elektronmikroskop förstorat två miljoner gånger. Regelbundenheten i denna kristallstruktur stördes av endast en främmande atom. Som ett resultat av en sådan defekt minskar materialets hållfasthet och dess andra egenskaper förändras. Konstruktions heterogenitet, bristen på ordning av atomer i kristallgitteret kan elimineras, t.ex.. genom att trycka slumpmässigt spridda atomer i ett vanligt rutnät. Så här får vi en ädel diamant genom att pressa vanlig grafit. Tyvärr, det erforderliga trycket för detta är tiotals, och till och med hundratusentals atmosfärer. För att undvika detta, fler och fler nya används, bättre metoder för "avel” perfekt homogena enstaka kristaller.

Många metaller har redan erhållits med odlingsmetoden, inklusive järn. Tyvärr är de tunnare än ett mänskligt hår och inte längre än några centimeter. Studier av dessa enskilda kristaller har visat att de teoretiska beräkningarna är korrekta: Styrkan på järnkristallerna var lika 13360 MPa, så bara fr.o. 140 mindre MPa än den beräknade styrkan. Den beräknade saltstyrkan bekräftades också. Odlad jätte enkel kristall i längd 60 cm och i diameter 1 centimeter, extremt ren - en främmande atom per miljard atomer klor och natrium - hade en styrka som var högre än premiumståls.

Så perfekt, emellertid kan vi inte erhålla sådana rena kristaller med någon av metoderna som beskrivs ovan. Under processen att erhålla syntetiska ädelstenar bryr vi oss vanligtvis inte om en sådan perfektion av kristallerna, som fysiker eller elektronik kräver.