Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Представьте себе металл, легкий как алюминий, но крепкий словно сталь даже при температуре в полтысячи градусов Цельсия. Именно такую революционную разработку предложили инженеры из Торонто. Их композитный материал обладает прочностью обычного авиастального сплава, но весит втрое меньше.
От железобетона до микроуровня
Канадцы взяли идею столетней давности и применили ее на новом технологическом уровне. Вместо привычного железобетона, где арматура противостоит растяжению, а бетон принимает на себя сжатие, учёные создали аналогичную конструкцию в миниатюре. Здесь роль бетона играет алюминиевая основа, а стальной арматуры — трёхмерная титановая сетка с ячейками размером около четверти миллиметра.
«Железобетон отлично зарекомендовал себя в строительных проектах. Теперь мы смогли воспроизвести этот принцип на металлическом уровне благодаря современным технологиям вроде 3D-печати по металлу. Полученный композит демонстрирует уникальные свойства, которыми раньше никто не обладал», — поясняет ведущий исследователь проекта Юй Цзоу.
Как создается чудо-материал?
Производство нового материала проходит в два этапа. Сначала с помощью лазерной печати формируется сетчатая структура из высокопрочного титанового сплава Ti-6Al-4V толщиной всего лишь две десятых миллиметра.
Затем полученный каркас заливается расплавленным алюминиевым составом под высоким вакуумом и давлением. Во время застывания возникают мельчайшие частицы оксида алюминия и кремния, обеспечивающие дополнительную защиту материала от разрушения при повышенных температурах.
Стресс-тесты и впечатляющие показатели
Испытания показали, что при комнатной температуре материал способен выдержать давление в 700 мегапаскалей — это значит, что на каждом квадратном сантиметре выдержит вес в семьдесят тонн! Для сравнения, стандартный авиационный алюминий трескается уже при десятитонной нагрузке.
А вот что особенно важно: при повышении температуры до трехсот градусов Цельсия (примерно столько нагрет воздух вокруг турбин реактивных самолетов) новый материал удерживает показатель прочности на уровне 550 мегапаскалей. Обычный алюминий теряет здесь свою стойкость практически в десять раз быстрее.
Но настоящий прорыв заметен при пятисотградусной жаре. Большинство стандартных алюминиевых сплавов тут превращаются в мягкий пластилин (прочность снижается до пяти мегапаскалей). А разработанный канадцами композит остаётся таким же твёрдым, как обычная конструкционная сталь, демонстрируя устойчивость в пределах 300–400 мегапаскалей.
И всё это при весе всего лишь 3,3 грамма на кубический сантиметр — существенно легче аналогичных металлов.
Какие перспективы открывает новое открытие?
Этот уникальный материал обещает изменить будущее авиации и космонавтики:
- Турбодвигатели самолётов смогут экономить топливо благодаря уменьшению температурных нагрузок на детали.
- Теплозащитные экраны космических кораблей и гиперзвуковых аппаратов станут легче и эффективнее.
- Корпус двигателя электрического самолёта сможет легко переносить интенсивный нагрев от мощнейших аккумуляторов.
- Космическая техника станет ещё более компактной и грузоподъемной.
Сейчас инновационные разработки находятся на стадии лабораторных исследований и компьютерных симуляций. Но ученые надеются увидеть готовые изделия уже через четыре-шесть лет.
«Мы увидели, что обычные металлические сплавы теряют прочность при нагревании, а наш композит демонстрирует обратное поведение», — подчёркивает первый автор исследования Чэньвэй Шао.
Поделись видео:
