«Безумные» идеи

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 хрупкую 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.

Это в корне ломало устоявшиеся веками представления. Что ж, подумали ученые, в конце концов такие понятия сложились при наблюдении материалов при обычном атмосферном давлении. Где-нибудь на дне океана под большим давлением они, наверно, приобрели бы совсем иные свойства.

Это была только мысль, только предположение, идея, которая требовала экспериментов и длительного изучения. Пока это было только предчувствие, которое привело в конце концов к важнейшей технической победе.

Две стороны медали

Шла вторая мировая война. Рассказывая о работах американских ученых, Бриджмен вспоминает, что они в то время полностью переключились на решение военных задач. Артиллеристов волновала проблема упрочения брони танков. Это близко касалось проводимых Бриджменом исследований прочностных и пластических свойств материалов под давлением. Поэтому военное министерство с радостью финансировало такие работы.

Оно настоятельно рекомендовало Бриджмену заняться углубленным изучением проблемы прочности броневых плит. Так он вернулся к своим случайным довоенным опытам и решил выяснить секрет упрочения металлов, погруженных в жидкость.

Проблема прочности волновала многих других ученых.

Давно было замечено, что на практике прочность металлов почему-то всегда ниже, чем это предсказывалось теорией. Практически прочность на разрыв бывала в сотни, а иной раз и в тысячи раз меньше, чем следовало из расчетов. Почему же в вопросах прочности теория так сильно отличается от практики? Чем объясняется это досадное обстоятельство? Теоретики мучили этим вопросом практиков, а практики донимали теоретиков.

Ответ оказался простым. Конечно, на первый взгляд. В обычных металлах каждый сотый атом кристаллической решетки, можно сказать, сидит не на месте. И это, оказывается, подрывает крепость металла! Странно, не правда ли? Разве может разрушить здание выхваченная из него ветром песчинка или выпавший кирпич? Даже знаменитый египетский сфинкс вблизи Каира и тот уж сколько столетий стоит и не падает, хотя потрепало его немало дождей и ветров.

Но дефекты в куске металла не остаются неподвижными. Они блуждают, перемещаются, объединяются как им заблагорассудится. И при этом образуются микротрещины и другие нарушения структуры металла. Трещины под действием нагрузки разрастаются, становясь очагами разрушения.

И вот эти ничтожные дефекты делают современные материалы в десятки тысяч раз слабее, чем они должны быть!