«Люди гибнут за металл, Сатана там правит бал», — так звучит в русском переводе та самая ария Мефистофеля. Прежде всего, вначале стоит напомнить, что развитие многих важных отраслей непосредственно связано с металлургией. Трудно представить себе сегодня космонавтику без титана, авиацию без алюминия, а атомную энергетику без урана. И в этой статье пойдет речь о нескольких металлах, на мой взгляд, наиболее интересных сегодня в мире, об их перспективах применения.
Итак, из каких материалов в XXI веке будут строить самолеты, и делать медицинские протезы.
1. Начнём с Microlattice (ultralight metallic microlattice) ультралегкая металлическая губка.
Материал этот, в прямом смысле слова, почти невесомый: если положить его на одуванчик, то цветок останется невредим.
Создали этот сверхлегкий металлический материал американские ученые по заказу авиаконцерна Boeing . При всей кажущейся хрупкости Microlattice может выдерживать огромные, по сравнению со своим весом, нагрузки. Причина в его необычном строении — материал полый, и, по сути, на 99,99% состоит из воздуха, что напоминает строение другого прочного «материала» — человеческой кости. Инновационный металл состоит из сети сплетённых между собой миниатюрных полых трубок, и его вес в 100 раз меньше пенопласта. Выдающиеся свойства материала основаны на том же принципе, что заложен в Эйфелеву башню и позволяет ей поддерживать устойчивость. Сеть взаимосвязанных полых трубок, из которых состоит микролаттис, копирует структуру поддержки мостов. Только здесь всё немного иначе: толщина стенок трубок составляет всего 100 нанометров, то есть в 1000 раз тоньше человеческого волоса. Такой структуры учёным удалось добиться использованием инновационной технологии аддитивного производства, своим действием напоминающей 3D-печать. Но в отличие от 3D-печати, использующей послойное наложение структуры, метод, созданный лабораторией HRL, задействует специальные полимеры, реагирующие на свет и формирующие всю структуру за один процесс.
Под воздействием ультрафиолетового излучения, пропускаемого через специальный фильтр, находящийся в жидкой форме полимер формируется в трёхмерную решетку за несколько секунд.
В зависимости от будущего предназначения Microlattice в жидкий полимер добавляется широкий спектр различных материалов, таких как керамика или композитные металлы. Таким образом, микрорешётка, сформированная из полимера с примесями, получит дополнительные свойства.
Патент на эту разработку учёных из HRL Laboratories LLC (Малибу, Калифорния) принадлежит компаниям Boeing и General Motors.
2. Гибкая и легкая сталь
В последние десятилетия сталь, как материал для производства, стремительно теряла популярность. И это не удивительно, сталь — материал прочный, но при этом очень тяжелый, именно поэтому ее не используют, например, в авиастроении. На первый взгляд решить эту проблему несложно: можно добавить в сплав более легкий алюминий. Эксперименты показали: это и в самом деле значительно уменьшает массу стального сплава, однако материал получается очень хрупким. Такой металл нельзя согнуть — в какой-то момент он просто ломается.
Над решением этой задачи еще с 70-х годов прошлого века бились ученые по всему миру. Сравнительно недавно хорошие новости пришли из Южной Кореи, где был получен новый стальной сплав — легкий и в то же время прочный. Для этого ученые воздействовали на структуру сплава алюминия-стали на наноуровне, а также добавили в него немного никеля. Думаю, что вскоре эта разработка получит повсеместное применение, ведь новый сплав обладает тем же коэффициентом удельной прочности, что и титан, но при этом стоит в десять раз дешевле.
3. Пластмассовый металл
Что это? А это материал, соединяющий в себе податливость пластмассы и прочность металла.
Создан он был в Йельском университете и получил название BMG (от bulk metallic glasses). Уникальность разработки в том, что при низких температурах и давлении материал подобно пластмассе смягчается, а также способен переходить в текучее состояние.
Такими свойствами BMG обладает благодаря своей структуре: ее основу составляют так называемые «аморфные металлические стекла». Сплав по своим свойствам похожий на обычный металл, но при этом способный принимать различные формы, как пластик. Именно это сочетание качеств делает BMG одним из лучших материалов для создания миниатюрных и сложных по форме предметов и устройств, таких как медицинские импланты или элементы микроэлектроники. BMG может использоваться для создания сложных по форме предметов, например, корпуса часов.
По словам Яна Шрерса (Jan Schroers) – собственно учёного, который и разработал BMG, это только начало. Шрирс считает BMG «новой парадигмой обработки металлов» и предполагает, что уже в самом ближайшем будущем экспериментальный материал окажет на общество такое же влияние, какое оказало развитие индустрии пластмасс в XX веке.
4. Гидрофобный металл — превращает капли воды в резиновые мячики.
Стоит отметить, что гидрофобные, то есть отталкивающие воду материалы, сегодня не редкость. Однако все они по своей прочности вряд ли сравнятся с разработкой ученых из университета Рочестера. Им удалось создать гидрофобный металл. Для этого поверхность металла была обработана специальным лазером. Тончайшая гравировка придала материалу новые свойства: он, в буквальном смысле слова, отталкивает капли воды как резиновые мячики.
Сфер, где может пригодиться подобный материал, очень много. Это и самолетостроение — гидрофобный металл предотвратит обледенение воздушного судна, и кораблестроение — корпуса лайнеров будут менее подвержены коррозии.
5. Сплав магния и наночастиц для сверхлегких самолетов
Разработанный на основе магния и кремния металл взял лучшие свойства от своих «предков»: плотность и легкость — от магния, твердость — от кремния. Совместить эти качества в одном материале удалось благодаря особой технологии производства — карбидокремниевые наночастицы не смешиваются с магнием, а распыляются в него. Именно поэтому готовый металл прочный и пластичный, но одновременно устойчив к воздействию высоких температур.
Исследователи рассчитывают, что их изобретение найдет применение в самолёто — и автомобилестроении, также материал планируют использовать в производстве медтехники и электроники.
6. У следующего металла в списке пока нет названия, но окрестили «адамантием». Почему?
Так назывался вымышленный сверхпрочный металл, из которого были сделаны когти Росомахи — одного из героев фильма «Люди Икс». По расчетам ученых, новый металл станет самым прочным из ныне известных. В данном случае это разработка американских ученых.
У него рекордно высокая температура плавления — 4126 градусов Цельсия, это две третьих температуры поверхности Солнца.
Пока, насколько мне известно, материал получен только с помощью компьютерного моделирования. В его состав вошли гафний, углерод и азот. Следующим шагом в исследованиях станет синтез материала и испытания его свойств в лаборатории.
В качестве основной сферы применения нового «суперметалла», в первую очередь, рассматривается космическая отрасль.
