Стеклокристалл. Новая одежда инфраструктуры для городов будущего
Ученые Пермского Политеха и Томского политехнического университета разработали уникальный сверхпрочный материал.
Из него можно создать укрепляющие плиты для корпуса автомобилей – своеобразный «бронежилет». Фасады зданий и тротуарная плитка также могут стать более прочными с помощью стеклокристаллического материала.
В отличие от аналогов, разработку впервые создали без дефицитных, дорогостоящих и токсичных материалов. Ученые уже запатентовали изобретение. Результаты исследования они опубликовали в журнале «Материаловедение».
– Разработка способна защитить автомобильный и железнодорожный транспорт от повреждений. Из нового материала можно производить защитные плиты для корпуса машин. По действию они похожи на керамические вставки в бронежилете: энергоемкий материал берет удар на себя, а автомобиль остается целым. Кроме того, разработка также будет полезна в гражданском и дорожном строительстве – например, для создания тротуарной плитки, бордюров, фонтанов, украшений для фасадов. Из материала можно изготавливать взрывобезопасные контейнеры для аэропортов, вокзалов и метро, – рассказывает ведущий научный сотрудник краевого центра охраны труда Пермского Политеха, доктор технических наук Анна Игнатова
Ученые выяснили, какое сочетание состава и технологических параметров поможет получить материал с оптимальными свойствами для этих задач. Изобретение содержит оксиды кремния, магния, алюминия, титана, марганца, кальция, натрия, калия, хрома и ванадия и серу. Материал обладает сложной структурой: в нем есть кубические элементы, которые «встроены» в более крупные сферические, как куклы в матрешке, а между ними – прослойка-«матрица» в виде сетчатого каркаса.
Состав и структура делают материал ударопрочным, стойким к износу и защищают от воздействия температуры.
Исследователи впервые получили материал, который, в отличие от аналогов, не требует для создания токсичных компонентов, например, оксида кобальта, или дефицитных карбидов с высокой стоимостью.
Другие материалы не позволяют добиться необходимых свойств или требуют дорогостоящей обработки.
Для того чтобы получить изобретение, ученые смешали компоненты в необходимых пропорциях и обработали сырье при температуре более 1400 °С, а затем постепенно охладили в течение 15 часов. Затем они провели лабораторные испытания на твердость и другие свойства. Эксперименты показали, что структура позволяет разработке распределять энергию разрушения внутри себя. Материал в 15 раз дольше противостоит износу, чем металл, а по прочности напоминает камень.