Kosminė technologija – sukūrė tvirčiausią medžiagą: štai ką su ja galima padaryti

Chromo, kobalto ir nikelio lydinys (CrCoNi) yra tvirčiausia kada nors tikrinta medžiaga, ir jos charakteristikos galėtų praversti, konstruojant lėktuvus ar erdvėlaivius.

Tvirtumas yra medžiagos atsparumo trūkimui matas, ir tai nėra tas pats, kas kietumas, kuris yra medžiagos atsparumo deformavimui matas. Pavyzdžiui, deimanto, garsėjančio, kaip kiečiausias mineralas, įbrėžti nepavyks, bet galima suskaldyti.

„Vieną dieną pagūglinau „kokia medžiaga tvirčiausia pasaulyje?“ ir gavau atsakymą „deimantas“, kas 100 procentų klaidinga,“ sako Robertas Ritchie'is iš Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos. „Deimantai labai trapūs, jie visai netvirti.“

Dažnai, siekiant medžiagą sustiprinti, mažinamas jų kietumas: kietos medžiagos yra trapios. Tuo tarpu Ritchie'io su kolegomis tirtas CrCoNi lydinys kietėdamas darosi ir tvirtesnis.

Žemoje temperatūroje medžiagų tvirtumas dažniausiai mažėja, o trapumas didėja. Bet bandomas vos 20 laipsnių už absoliutų nulį aukštesnėje temperatūroje, CrCoNi pademonstravo 500 MPa/m² stiprumą – iš esmės energijos, kurios reikia medžiagai sulaužyti, matą. Tai daug aukštesnis rodiklis, nei orlaiviuose naudojamo aliuminio ar netgi geriausių plienų.

CrCoNi lūžio vietos analizė parodė, kad lydinio struktūra po vieną kuria skilimui besipriešinančias kliūtis. Pirmiausia, metalo kristalų plotai slenka vienas kitu, kol jų struktūra tampa nebesulygiuota, taip kurdami didesnį pasipriešinimą.

Po to lydinyje pasireiškia nanotwinningo fenomenas, kai jėga lydinio kristalai sulaužomi į mažesnius, o dalis jų apsiverčia, taip padidindami visos struktūros stiprumą. Kristalinė lydinio struktūra taip pat gali pasikeisti iš kubinės į heksagoninę.

Atskirai tokie pasikeitimai ir persitvarkymai visai nėra retenybė, bet CrCoNi lydinyje jie pasireiškia visi iš eilės, o tai reiškia, kad šis metalas yra neįprastai atsparus skilimui, sako Ritchie'is.

Ritchie'is pažymi, kad tokių lydinių tyrimas galėtų padėti atrasti netgi dar stipresnes, o taip pat kitomis savybėmis esamas lenkiančias medžiagas.

„Yra milijonai, gal net trilijonai naujų kompozicijų, galinčių turėti įdomias savybes,“ sako jis. „Žmonės ieško jų įvairiausiais tikslais, – medžiagų kurti baterijas, katalizatorius, tam tikrą didelės entropijos keramiką, įvairiausius dalykus.“

Matthew Sparkes
www.newscientist.com

Žurnalo nuoroda:Science, DOI: 10.1126/science.abp8070