Kaip gaminamas amorfinis metalas?

Japonų specialistai pagamino ne kristalinės, bet amorfinės sandaros metalą. Tam sumaišė Fe arba Ni (90%) su P, C, Si, Al ir B. Mišinį įkaitino iki 1200°C. Lydinį aušino labai greitai. Tam jį suko 5000 aps/min greičiu. Amorfinis plienas daug kartų kietesnis už žinomus plienus ir pasižymi dideliu cheminiu atsparumu. Panašių techninių charakteristikų metalai buvo naudojami gaminant legendinius samurajų kardus - katanas. Kaip gaminamas amorfinis metalas?

Blogiukas filme "Terminatorius 2" yra robotas, pagamintas iš skysto metalo, kuris nesunkiai keičia savo formą, o prireikus net gali pratekėti pro durų apačioje esantį plyšį. Panašias medžiagas, pavadintas metaliniu stiklu, pernai pirmąkart sukūrė mokslininkai. Jos yra triskart stipresnės už plieną ir 10 kartų geriau už jį spyruokliuoja.

Metalinis stiklas yra lydinys su chaotiška sandara. Paprastame metale atomai išsidėsto tvarkingai, kristaluose, o metaliniame stikle jie sujaukti it kokiame skystyje ar stikle. Nors metalinis stiklas nėra skystas, viena kompanija jau reklamuoja jį kaip "skystąjį metalą".

Kristaliniuose metaluose atomai yra tvarkingai išsidėstę tik tam tikrose srityse - "grūdeliuose", o ribos tarp grūdelių yra silpniausios medžiagos vietos. Bet metaliniame stikle tokių ribų nėra, todėl jis yra gerokai stipresnis. Amorfiniame metale atomai yra tankiai supakuoti, todėl net ir trenkus kūju metalas nesunkiai grįžta į savo pirminę formą. Šiose medžiagose nėra nemažų grūdelių, todėl iš jų galima daryti net 10 nm skersmens objektus. Be to jos lydosi žemesnėse nei tradiciniai metalai temperatūrose.

Nieko keisto, kad metaliniais stiklais domisi daug kompanijų. Bėda tame, kad tokias medžiagas iki pastarojo meto pagaminti vis nepavykdavo. Šaldant išlydytą metalą jis neišvengiamai ima kristalizuotis. Tą kristalizaciją galima sustabdyti šaldant lydalą labai greitai. Tai galima padaryti pilant išlydytą metalą ant atšaldyto ir greitai sukamo varinio cilindro paviršiaus. Tik tokio "peršaldyto" amorfinio metalo lakštai ilgai gaudavosi vos kelių nanometrų storio.

Visai neseniai šį procesą pavyko patobulinti kompanijos Liquidmetal Technologies iš Kalifornijos specialistams. Į lydinį jie pridėjo didelių atomų, pavyzdžiui, lantano, kurie stipriai sulėtindavo kristalizacijos spartą. Naudojant šį metodą įmanoma gauti amorfinius įvairių medžiagų lydinius. Svarbu teisingai parinkti lengvų ir sunkių atomų kombinaciją.

Pirmasis metalinis stiklas buvo pagamintas iš cirkonio, titano, vario ir nikelio su nedidele berilio priemaiša. Stiklas, pavadintas Vitrelojumi, buvo elastingesnis už plieną, o darėsi tąsus jau prie 400 oC, lyginant su 1000 oC temperatūra plieno atveju. Tai reiškė pigesnius ir paprastesnius apdirbimo procesus.

Parengta pagal SW Baltic, UAB medžiagą