В поисках совершенного металлического стекла ученые открыли новый способ получения наноразмерных чаcтиц алюминия. Процесс не требует уникального оборудования и реализуется стандартными металлургическими методами: литьем и отжигом. С помощью получаемых частиц можно улучшить или удешевить сразу несколько технологий. Статья исследователей из НИТУ «МИСиС» и японского Университета Тохоку опубликована в журнале Intermetallics.
Аморфные металлы часто называют «материалами будущего». Из-за отсутствия кристаллической решетки они проявляют необычные свойства, которые уже применяют в сердечниках трансформаторов, всевозможных датчиках и сверхпрочных композитах. Однако большинство аморфных металлов не только очень прочны, но и весьма хрупки. Поэтому основная цель, которую ученые ставят перед собой — это получение пластичных материалов. Чтобы ее достичь, ученые пытаются создавать композитные материалы путем термической кристаллизации. Однако пока этого сделать не удается.
«Мы тоже находимся в процессе таких поисков, — рассказывает сотрудник кафедры материаловедения цветных металлов НИТУ „МИСиС“ Андрей Базлов. — И в процессе таких поисков мы первыми в мире обнаружили интересное свойство аморфного сплава на основе алюминия: если нагревать его с большой скоростью, получается один материал, а если медленно — другой. Это само по себе необычно, так как, как правило, разницы в конечных продуктах при изменении скорости нагрева металлических стекол не возникает».
Особенностью нового материала стало то, что в процессе быстрой кристаллизации в нем возникают наночастицы алюминия сферической формы, размер которых около 10 нанометров. Этот материал оказался вдвое тверже своего аналога, полученного медленным способом. Тем не менее, при этом он такой же хрупкий, что, впрочем, не было в данном случае недостатком.
Дело в том, что обычно наноалюминий (как и многие другие наночастицы) получают довольно сложными и энергоемкими методами: либо осаждением из газовой фазы, либо взрывным диспергированием.
«Мы готовим наш материал классическими металлургическими методами, которые требуют на порядки меньше энергии. Фактически, это литье плюс обычная термическая обработка — отжиг», — поясняет Андрей Базлов.
Для того, чтобы изготовить новый материал, не нужно создавать новых уникальных установок: его можно массово получать в промышленности уже сегодня. При этом хрупкость данного материала подразумевает, что он легко разрушается, причем в первую очередь пострадает аморфная фаза, а наночастицы при этом останутся целыми. То есть, поместив материал в условную шаровую мельницу, можно в больших количествах извлекать из него наноалюминий.
Столь фундаментальная на первый взгляд работа может иметь вполне практическое применение. Наноалюминий обладает несколькими важными особенностями: при поджигании экзотермическая (с выделением тепла) реакция у него начинается уже при 660 °С, хотя микронный порошок не реагирует до 1000 °С. Скорость детонации наноалюминия почти на треть выше, а при добавлении его в ракетное топливо импульс ракеты существенно увеличивается. Одинаковый размер частиц очень важен в том случае, если использовать их как основу для композитных материалов, потому что позволяет точнее контролировать свойства получаемого вещества. Кроме того, как и любой наноматериал, он весьма перспективен как катализатор.
Эту методику можно применить и к другим аморфным алюминиевым сплавам, отметил ученый. Это может привести к целому ряду новых композитов на основе аморфного алюминия.
