Нанометаллы пригодятся в ракетостроении и создании принципиально новых композитов
Ученые из НИТУ «МИСиС» и Университета Тохоку (Япония) изучили металлическое стекло и обнаружили совершенно неожиданный эффект. С его помощью можно быстро и недорого получать сферические однотипные наночастицы алюминия. Соответствующая статья опубликована в Intermetallics
Металлическим стеклом называют вещества, которые при обычных условиях, остывая, образуют кристаллические решетки, похожие на те, из которых состоят металлы. Однако, если их охладить максимально резко, молекулы в таких материалах застывают неупорядоченно и нормальные кристаллические решетки не возникают. Благодаря этому такие материалы перспективны для ряда отраслей, но в то же время имеют ненормально высокую хрупкость (в ряде случаев близкую к обычному стеклу). Вдобавок действительно быстрое охлаждение металлов и их сплавов требует экзотических производственных методов, например осаждения из газовой фазы (для чего нужно вначале эти металлы испарить, а потом осаждать в вакуумной камере) или даже распыления в охлаждающей среде с помощью взрыва. Поэтому пока такие материалы дороги.
Российские исследователи изучили, как меняются свойства металлического стекла с составом Al85Y8Ni5Co2. Неожиданно они обнаружили, что если этот сплав нагревать с разной скоростью, то свойства получающихся металлических стекол с формально одним и тем же химическим составом будут разными. Связано это, вероятно, с тем, что хаотичность структуры таких металлических сплавов слегка отличается в зависимости от температуры. У неожиданного наблюдения оказались значимые практические следствия.
Если материал нагревать быстро, то из-за скоростной кристаллизации в нем возникают наночастицы сферической формы из практически чистого алюминия, размер их около 10 нанометров в диаметре. Получающийся сплав хотя и тверд, но хрупок, и поэтому его легко разбить. В норме с хрупкостью металлических стекол борются, но в данном случае это скорее преимущество. Кроме того, нужный по скорости нагрев достигается в рамках стандартных методов металлургии: после отливки материал нужно лишь подвергнуть обычной термической обработке, и он тут же насыщается наночастицами алюминия.
Авторы работы предлагают помещать такой материал в обычные шаровые мельницы, измельчать его и брать оттуда наночастицы алюминия. Такая методика на данный момент — самый дешевый способ получения наночастиц данного металла.
Наноалюминий по свойствам заметно отличается от обычного алюминиевого порошка. Например, обычный порошок воспламеняется при тысяче градусов по Цельсию, а нанопорошок — при 660. Детонирует нанопорошок из алюминия на 30 процентов быстрее, а удельная тяга ракетного топлива на его основе на 70 процентов выше (впрочем, такое топливо подходит далеко не для всех ракет). Наночастицы одинакового размера можно добавлять в другие материалы, увеличивая их твердость (до сих пор это было непрактично из-за дороговизны получения наноалюминия). Наконец, частицы наноразмеров — эффективный катализатор, ведь из-за малых габаритов соотношение массы к поверхности у них очень большое
