Международная группа исследователей, во главе которой стояли исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, разработала новый материал, обладающий рекордным значением модуля прочности, соотношения его механической прочности к весу. Основой нового материала является магний, а его прочность была повышена за счет наночастиц из карбида кремния, размером менее 100 нанометров, равномерно распределенных по всему объему материала в определенной пропорции. Новый материал может быть использован в самолетостроении, в автомобилестроении, в космической технике, в мобильной электронике и в биомедицинской технике.
Основным достижением в данном случае является новый способ рассеивания и стабилизации наночастиц во время процесса литья металла. Более того, этот способ уже доведен учеными до уровня масштабируемого технологического процесса, который может быть использован не только в отношении магния, но и других легких металлов, что, в свою очередь, может быть использовано для изготовления целого ряда различных легких и прочных металлических композитных материалов.
«Ученым уже достаточно давно известно, что наночастицы могут повышать прочность металлических материалов, не оказывая отрицательного влияния на их пластичность. Однако, никому ранее не удавалось обеспечить равномерное распределение керамических наночастиц в легких металлах, таких, как магний и алюминий» — рассказывает Ксяочун Ли (Xiaochun Li), — «Используя некоторые физические явления и инновационные методы обработки материалов, мы создали метод стабилизации наночастиц. И этот метод позволит произвести на свет целый ряд различных материалов. Эти материалы будут отличаться не только высокой прочностью и малым весом. Варьируя размеры наночастиц, можно будет придать им новые возможности и способности, к примеру, способность поглощать и рассеивать энергию во время ударных нагрузок».
Как упоминалось выше, внедрение наночастиц в металлический материал должно увеличивать прочность, а в некоторых случаях и пластичность композитного материала. Однако, наноразмерные керамические частицы имеют тенденцию не распределяться в материале равномерно, а сбиваться в комки. Для того, чтобы избежать этого, исследователи сначала ввели наночастицы в сплав магния-цинка. Свойства этого материала и особенности кинетики движения наночастиц позволили получить равномерное их распределение во всем объеме материала. Затем, для повышения плотности наночастиц ученые использовали технологию так называемого скручивания под давлением (high-pressure torsion).
Во время испытаний свойств нового материала ученые сосредоточились в первую очередь на измерениях его механической прочности, нагружая полосу материала грузом до тех пор, пока эта полоса не ломалась. Кроме этого, были проведены измерения стабильности свойств материала в условиях высоких температур. И во всех случаях этот материал, состоящий из 86 процентов магния и 15 процентов наночастиц, продемонстрировал рекордные на сегодняшний день значения.
«Полученные нами результаты являются только верхушкой айсберга» — рассказывает Ксяочун Ли, — «А в нижней части этого айсберга скрывается целый класс новых материалов, обладающий набором революционных механических свойств и функциональных особенностей».
