Ирина Радунская - Безумные идеи
Более четырех лет группа ученых: Бенди, Холл, Стронг и Вентроп, работавших в «Дженерал электрик компани», трудилась над созданием аппаратуры, в которой можно было бы в течение 6...8 часов поддерживать давление в 100 тысяч атмосфер и температуру в 2300 градусов Кельвина. И они добились успеха.
В результате действия трех факторов: давления, температуры и времени – удалось получить искусственные алмазы величиной в четверть карата с линейными размерами до одного и более миллиметров. Рентгеновский анализ подтвердил полную тождественность этих алмазов с естественными.
Более ста раз опыты получения искусственных алмазов были повторены, и каждый раз с положительным результатом.
Прошло немного времени, и искусственные алмазы были получены советскими и шведскими учеными.
Создать в лаборатории такие условия, при которых этот процесс идет в недрах Земли, – большая победа человека.
Правда, искусственные алмазы желтого цвета. С ювелирной точки зрения это снижает их ценность.
Но зато они заметно тверже естественных. Абразивные круги из синтетических алмазов по своей работоспособности на 30...60 процентов выше, чем из природных. Инструмент из искусственного алмазного порошка очень прочен. А это особенно ценно для технических целей.
Стоимость этих алмазов пока высока. Но сам факт их искусственного получения бесценен для науки.
Тверже алмаза
Еще не улеглось волнение в связи с этим техническим достижением, как к желтым кристалликам алмаза ученые добавили еще черные и темно-красные искусственные кристаллы. Но это уже были не алмазы, а полученные аналогичным путем образцы нового материала. Он так же, как и алмаз, имел кристаллическую решетку в виде куба, но состоял не из атомов углерода, а из атомов бора и азота. Новое вещество назвали боразоном. Природа его не знает.
Боразон еще тверже алмаза. Он не только оставляет царапины на алмазе, но и более устойчив к действию высокой температуры. Тогда как алмаз сгорает уже при 1060 градусах, боразон и при 2500 градусах полностью сохраняет все свои замечательные свойства и работает так же хорошо, как при комнатной температуре. Боразон устойчив и к окислению.
Пока кристаллы боразона не крупнее зерен песка. Но, вероятно, уже не долго ждать, когда промышленность получит новые стойкие резцы, фрезы и другой режущий инструмент из искусственных кристаллов боразона.
Ученые считают, что боразон и алмаз – это первые звенья в целой цепи материалов с подобными свойствами и их получение – дело наших дней. Получение искусственных материалов, подобных боразону, – величайшее торжество метода научного предвидения. Это открывает развитию техники небывалые горизонты. Если до сих пор люди использовали лишь те материалы, которые предоставляла им природа, или подражали ей, создавая в своих лабораториях искусственным путем известные уже вещества, то теперь они вступили на новый путь. Этот путь – изготовление неизвестных до сих пор материалов с наперед заданными свойствами, диктуемыми запросами науки и техники.
Можно назвать многие области техники, где ее прогресс задерживается из-за отсутствия подходящих материалов. И вот первый шаг уже сделан. Применение высокого давления помогло ученым разобраться в физических свойствах веществ, в поведении мельчайших кирпичиков-атомов, из которых они построены, и научило предвосхищать свойства тех материалов, которые возродятся из «пепла» разрушенных давлением исходных веществ. Теперь человек сможет сознательно управлять этим процессом, назначать будущему материалу нужные качества.
В поисках и ошибках, победах и заблуждениях рождалась новая область физики – физика высоких и сверхвысоких давлений. Новая область науки открыла перед техникой небывалые горизонты и позволила ученым соперничать с природой.
В нашей стране физика высоких давлений зародилась недавно, лишь в тридцатых годах, но теперь она уже добилась результатов, намного превосходящих по своему значению даже синтез искусственных минералов и драгоценных камней.
Советские ученые, решая алмазную проблему, увидели в ней совсем иную перспективу. По-настоящему их волновала другая сторона той же самой алмазной задачи, которая привела к гораздо более важным результатам.
Нечто многообещающее в алмазной проблеме советские ученые увидели еще тогда, когда физики всего мира ломали головы над труднейшей задачей: из какого материала изготовить печь, которая не разорвалась бы от внутреннего давления в 100 тысяч атмосфер и не сгорела бы от температуры в несколько тысяч градусов?
Все попытки создать такой аппарат долго терпели неудачу.
Прошло немало времени, пока ученые нашли решение, на первый взгляд странное, но оказавшееся единственно правильным.
Горшок для каши
В народе говорится: «Чтобы сварить кашу, нужен горшок».
Стекло, например, не сваришь в обычной печи. Для него строят специальные сооружения из огнеупорного кирпича, выдерживающего температуру в 1500 градусов, при которой варится расплавленная стекломасса.
Бессемеровские, доменные, мартеновские печи тоже покрываются изнутри слоем огнеупорного материала.
Но как сложить печь, которой были бы нипочем и огромнейшая температура и чудовищное давление? А без такой печи не получишь ни алмаз, ни другие подобные ему новые материалы.
Решить эту сложнейшую проблему ученым помогло... само давление. Слышали ли вы о батавских слезках? Эти изящные, затвердевшие в виде «запятых» капельки стекла когда-то пользовались большим спросом. На вид они такие хрупкие, маленькие головастики с тонким хвостиком. Кажется, дотронься, и они рассыплются. Но ничуть не бывало. Можно ударить молотком по их утолщенной части, а слезка останется невредимой.
Правда, и у них есть ахиллесова пята, слабое место. Стоит слегка поцарапать поверхность или отломить хвостик – и слезка вмиг рассыплется на множество осколков. Да с такой силой, что, если это случится в стакане с водой, он разлетится, как при взрыве.
В чем же здесь дело? Что это за чудесные стеклянные бомбочки? Оказывается, все обстоит очень просто и никакого чуда здесь нет. Секрет – в способе изготовления этих слезок. Средневековые стеклодувы лили горячие капли жидкого стекла в бочку с водой. Это закаляло слезку сразу же при рождении. При быстром погружении в холодную воду поверхность стекла, охлаждаясь скорее, чем его внутренние области, сжималась и, как перчатка или броня, стягивала всю слезку, делая ее очень прочной. Лишь царапина могла нарушить целостность брони.
Как видите, стекло остается стеклом. Оно лишь обрело несвойственную ему крепость благодаря остроумной выдумке.
Доверять ли привычкам?
Ученые, которые хотели работать с высокими давлениями и температурой, понимали, что они тоже, как стеклодувы, должны найти какой-то выход из положения. Найти простой и остроумный способ повысить прочность металлов.
Им надо было создать устройства, в которых существовали бы условия, царящие в недрах Земли.
Однако даже самые высокопрочные материалы, изготовляемые промышленностью, не в состоянии выдержать исключительно высоких напряжений, возникающих в стенках сосуда высокого давления, когда величина давления превосходит 30...50 тысяч атмосфер.
И наши ученые подумали: а правильно ли мы делаем, что так доверяем своим привычкам, так держимся за устоявшиеся понятия?
Конечно, все давно привыкли к тому, что одни материалы хрупки, другие же легко изгибаются, пластичны. Мрамор издавна считается материалом прочным, но хрупким, а сталь прочной и пластичной. Но ведь эти качества вовсе не навеки закреплены за этими материалами. И действительно, жизнь на каждом шагу опровергает устоявшиеся, но неверные понятия.
Однажды академик А.Ф. Иоффе, погрузив в воду пластинку каменной соли, обнаружил, что эту хруп' кую пластинку можно свободно изгибать. Хрупкий кристалл неожиданно приобрел пластические свойства.
Незадолго до второй мировой войны американский ученый Бриджмен поместил в жидкость, находящуюся под давлением в 25...30 тысяч атмосфер, серый чугун, и этот известный своей хрупкостью материал также стал пластичным.
Образцы из бериллия, глинозема, известняка при таких опытах изгибались, не ломаясь, и проявляли исключительную пластичность.
Опыты со сталью тоже поразили ученых. Обычно при атмосферном давлении стальной образец разрушается, если его удлинить в два, три раза. При давлении же в 25 тысяч атмосфер этот образец можно было растянуть в 300 раз, и он не разрушался! Эти опыты повторялись с различными сортами стали. Результаты были различны, но характер одинаков; пластичность и прочность стали резко повышались.