Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Испытание на растяжение кремниевых нитей

05.12.2018


После работы Комптона, Мендиза и Арнольда по выращиванию металлических нитей рядом исследователей были проведены механические испытания нитей, выявившие их чрезвычайно высокую прочность. Эти испытания были скорее качественными, так как, хотя деформация измерялась довольно точно, определить напряжения было нельзя. Все механические испытания нитей, опубликованные до сих пор в литературе и известные автору данной статьи, были испытаниями на изгиб, при которых напряжения, выдерживаемые нитью до разрушения, вычислялись из деформации (радиуса кривизны) и модуля упругости.

Теоретически, когда упругая деформация становится большой, можно ожидать отклонений от линейного закона Гука. Отсюда метод вычисления напряжений, основанный на законе Гука, в данном случае не может быть точным и поэтому требуется проведение испытаний на растяжение.
Испытание на растяжение кремниевых нитей

Трудности в обращении с нитями диаметром порядка 1 мк или меньше были преодолены путем закрепления концов нити в бусинках из дифенилкарбазида на петлях из проволоки диаметром 0,038 мм. При пропускании через петлю тока небольшое количество дифенилкарбазида расплавляется (точка плавления 173°), в результате чего вокруг проволоки образуется очень маленькая бусинка. Испытуемая нить подводится к этой бусинке и вводится в нее, когда она еще расплавлена. Вид нити в процессе растяжения схематически приведен на фиг. 1, а общая схема установки показана на фиг. 2. Необходимые усилия должны быть порядка сотых долей грамма; такие усилия удобно получать путем смещения из равновесного положения длинного, легкого маятника с помощью микроманипулятора. Нить сначала соединяется с бусинкой, смонтированной на микроманипуляторе, и затем ее другой конец соединяется с такой же бусинкой на грузе маятника. Груз маятника снабжен ребрами, которые погружаются в токопроводящую тормозящую жидкость (насыщенная солью вода, вязкость которой повышена путем введения целлюлозного клея). Эта система замыкает электрическую цепь для расплавления дефинилкарбазида, а также обеспечивает гашение неустановившихся перемещений и колебаний. Груз маятника при погружении в жидкость весит 33 а, а длина маятника равна 330 см, что дает на нити растягивающее усилие, равное 0,01 г на 1 мм перемещения груза. Неточность в измерении силы составляет менее 0,5% для перемещений, больших 4 мм (такие перемещения имели место для большинства испытанных нитей).

После разрыва нити разорванные части монтируются для электронно-микроскопического определения их диаметров. Диаметр нити в любом месте можно легко определить с точностью более 0,5%, однако он слегка изменяется вдоль длины нити и нет полной уверенности, что измеренный диаметр является наименьшим. Разрушающее напряжение определяется, таким образом, с точностью около 2%, а если при измерении диаметра и были допущены ошибки, то истинное разрушающее напряжение будет все же больше вычисленного значения. Несколько нитей длиной более 1 мм были испытаны второй раз путем повторного присоединения к петлям более длинной части нити, оставшейся после разрушения. Разрушающее напряжение во второй раз было обычно несколько большим, чем в первый, хотя в одном случае оно было очень близко к тому же значению. Это обычно было результатом неравномерности поперечного сечения вдоль длины нити, причем нить разрушалась по более тонкому сечению. Если маятник чрезмерно вибрирует в процессе нагружения (как это иногда бывает, если нить находится не на одной линии с центром тяжести груза), то нить будет довольно резко изгибаться у бусинок и разрушаться в этом месте при несколько меньших напряжениях, чем те, которые необходимы для разрушения нити вблизи ее центра.

Максимальное разрушающее напряжение, найденное до сих пор для кремния, равно 390 кг/мм2, что составляет 2,03% от модуля Юнга для направления <111>, равного 19,22*10° кг/мм2). Этот результат базируется на допущении круглого поперечного сечения. Если нити не имеют почти круглого сечения, то по длине нити можно ожидать намного больших колебаний кажущегося диаметра. Во всяком случае поперечное сечение будет, несомненно, меньше, чем сечение, вычисленное при допущении круглой формы нити; вычисленное разрушающее напряжение будет все же ниже действительного.

Шейки на образцах после разрыва никогда не наблюдалось. Хотя до сих пор не было проведено точных измерений деформации при растяжении (из-за сравнительно коротких длин нитей, испытанных до настоящего времени), можно было легко установить, что максимальные удлинения не превышали 3%.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: