Как показали еще опыты А. П. Александрова и С. Н. Журкова, при уменьшении диаметра испытываемых нитей (вплоть до самого малого диаметра) прочность существенно повышается. Следовательно, реальное появление бездислокацпонной структуры и соответствующее повышение прочности может быть получено только п случае очень малого поперечного сечения -- волокон, нитей, игл.
Современная техника сумела создать волокна, объединившие в себе высокие прочность, модуль упругости п сравнительно небольшой удельный вес. Это волокна бора, углерода, окиси алюминия и карбида кремния. Конечно, такие волокна получить трудно, но вполне реально. Например, осаждением бора из газовой смеси водорода и треххлористого бора на нагретую вольфрамовую проволоку диаметром 12,5 микрона.
Для повышения термостойкости и лучшей связи с материалом матрицы тем же способом на поверхность борного волокна наносят тонкий слой (2-6 микронов) карбида кремния или карбида бора.
Однако не стоит предвосхищать события: ожидаемый эффект может и не состояться, "смазаться" различного рода включениями, трещинами, пустотами в крупных кристаллах, устранение которых чрезвычайно сложная задача. Есть у борных волокон, с точки зрения специалистов, и еще один серьезный недостаток: при их создании используют в качестве подложки (или, как говорят, керна) вольфрамовую проволоку. А вольфрам дорог и тяжел. Вот почему ученые так настойчиво решали проблему замены вольфрамовой проволоки менее дорогой, а главное, более легкой подложкой в виде углеродных волокон.
Сегодня борные волокна с использованием керна из углеродных волокон реальность. Причем сами углеродные волокна могут быть разных свойств и достоинств. Это зависит от качества сырья, из которого волокна производились, от условий их получения и, наконец, от дополнительных обработок, которым они подвергались. Существуют разновидности углеродных волокон, отличающиеся более высоким модулем упругости при несколько меньшей прочности и более высокой прочностью при сниженном модуле упругости.
Но тому, кто интересуется проблемами материаловедения и созданием композитов, наверняка уже встречался термин "никалон". Пришел он в научно-популярную литературу из Японии, где освоено массовое производство бескерновых волокон карбида кремния. Их-то и назвали никалоном. Волокна эти отличаются малой плотностью, высокими механическими характеристиками, низким химическим взаимодействием со многими материалами. Свойства волокон никалона практически не меняются в интервале температур от абсолютного нуля до плюс 500 градусов Цельсия. А это значит, что на его основе может быть создан высокопрочный материал, успешно работающий во всем этом огромном температурном интервале.
В США и Западной Европе проявляют повышенный интерес не только к никалону, но и к другим типам высокопрочных волокон малой плотности, стеклянным волокнам и к коротким волокнам (так называемым нитевидным кристаллам) карбида кремния и окиси алюминия.
Но от волокна, обладающего даже суперкачествами, до конструкционного материала еще долгий и нелегкий путь. Сначала их нужно превратить в полуфабрикаты - плиты, листы, профили. Для чего волокно необходимо связать матрицей, которая может быть полимерной или металлической. Добиваются этого по-разному - спеканием, полимеризацией, погружением в жидкий металл (с последующим затвердением его).
В качестве полимерной матрицы обычно используются синтетические смолы, а металлической - алюминиевые сплавы. Применяются также магниевые, титановые и никелевые сплавы. И получают в конце концов композиционный материал, в котором сочетаются лучшие свойства упрочняющих волокон и матриц.
Такое сочетание металлических и полимерных компонентов открывает ученым и практикам не только широкие возможности варьирования эксплуатационных свойств, но и разработки принципиально новых материалов, обладающих уникальным комплексом характеристик.
Взять хотя бы слоистый материал алор, представляющий собой сочетание алюминиевых сплавов с органопластикой. В зависимости от состава, структуры и метода изготовления его прочность может составлять от 45-55 до 70-85 кг/мм2. Применение алоров гарантирует снижение плотности на 10-20 процентов, повышение его удельной прочности на 15-20 процентов и уменьшение скорости роста усталостной трещины в 10 раз по сравнению с аналогичными характеристиками традиционных алюминиевых сплавов. Стоит ли говорить, что качественный скачок в повышении эксплуатационных характеристик композиционных материалов находится в прямой зависимости от того, как скоро будет поставлено "на поток" пространственное армирование упрочняющими волокнами.
