Super wytrzymałe materiały - prowadzone kierunki prac

Super wytrzymałe materiały

Stopy stali są chyba jednymi z najpowszechniejszych materiałów wykorzystywanych w technice i konstrukcji. Aby stal posiadała wymagane właściwości przechodzi szereg procesów od domieszkowania różnymi pierwiastkami po obróbkę cieplną i plastyczną. Obecnie wszystkie procesy poprawiające własności stali polegają na zaburzeniu budowy krystalicznej tego materiału.

Stal jest bowiem materiałem polikrystalicznym czyli zbudowana jest z wielu pozlepianych ze sobą kryształów o rozmiarach tak małych, że niewidocznych gołym okiem. Poprzez domieszkowanie innych pierwiastków niż żelazo wprowadza się dodatkowe atomy do stali, które zaburzają naturalną budowę sieci krystalicznej, co powoduje wzmocnienie materiału.

Poniżej dwie ciekawe nowinki techniczne, które tylko z pozoru są ze sobą niezwiązane, a dzięki którym powstanie super wytrzymały materiał. Naukowcy obliczyli, że wraz ze zmniejszaniem ilości wad budowy krystalicznej od pewnego krytycznego momentu wytrzymałość materiału przestaje spadać i zaczyna wzrastać. Okazało się, że według wyliczeń żelazo pozbawione jakichkolwiek innych pierwiastków i pozbawione wad w budowie krystalicznej, będzie mieć wytrzymałość tysiąckrotnie przewyższającą najwytrzymalsze stopy stali znane człowiekowi. Niestety na obecnym poziomie technologicznym nie jesteśmy w stanie uzyskać tak czystego żelaza. Powszechnie stosowane żelazo czyste technicznie zawiera około 0,1% domieszek innych pierwiastków, jednak jest to stanowczo za dużo by uzyskać materiał o zwiększonej wytrzymałości. Z tego powodu nie ma co marzyć jak na razie, że wytworzymy ten super wytrzymały materiał.

Możliwe jest natomiast wytworzenie pojedynczych mikrokryształków żelaza z jedną tylko wadą zwanych wiskerami. Wiskery w niewielkich ilościach wchodzą w skład niektórych stopów metali wpływając na polepszenie ich własności. Te małe kryształki mają wytrzymałość na rozciąganie od 10 do 20 GPa co przewyższa wyniki uzyskiwane przez zwykłe stopy stali ponad trzydziestokrotnie. Chociaż nie jesteśmy w stanie wytworzyć materiału nawet w połowie złożonego z tych niesamowicie wytrzymałych kryształów to na horyzoncie pojawia się światełko nadziei którym jest szybki rozwój nanotechnologii.

Nie jest tajemnicą, że naukowcy dążą do tego by stworzyć urządzenie, które pozwoli składać przedmioty atom po atomie. Jak na razie istnieją dwie koncepcje: nanodrukarka, która będzie nanosić warstwy atomów jedna po drugiej lub nanoroboty które będą budować atom po atomie bardziej złożone konstrukcje. Jeżeli zostanie opracowana jedna z tych technologii to będzie możliwe wydrukowanie kryształu metalu o idealnej budowie, a nawet wytworzenie całej konstrukcji z tego materiału jak przykładowo ramy niemalże niezniszczalnego samochodu. Nauka cały czas nam udowadnia, iż jest jeszcze wiele do osiągnięcia i to w dziedzinach, które zdawać by się mogło opanowaliśmy do perfekcji. Czy czeka nas przełom także w metalurgii dzięki temu jak szybko rozwija się obecnie nanotechnologia? To pokaże wcale nie tak odległa przyszłość bowiem naukowcy mają nadzieję zbudować nanodrukarkę w ciągu najbliższych 40 lat.



Podobne:
Okna aluminiowe w budownictwie mieszkaniowym

Okna aluminioweOkna aluminiowe to bardzo nowoczesne, energooszczędne, a przede wszystkim trwałe rozwiązanie, i, mimo że jeszcze niedawno wykorzys

Rzadko występujące pierwiastki przyszłością energetyki odnawialnej

Energetyka odnawialna Przyszłość energetyki odnawialnej zależy od dostępu do wielu mało znanych kruszców. Mamy pewien kłopot z tą cudowną erą