В поисках совершенного металлического стекла – аморфного металла – ученые НИТУ “МИСиС” и Университета Тохоку (Япония) натолкнулись на эффект, с помощью которого можно устроить революцию в производстве нанометаллов, а также усовершенствовать сразу несколько технологий. Они разработали быстрый и дешевый способ получения наночастиц из алюминиевых стекол. Статья исследователей под руководством профессора Дмитрия Лузгина опубликована в журнале Intermetallics.

Аморфные металлы часто называют материалами будущего. Из-за отсутствия кристаллической решетки они проявляют самые необычные свойства, которые уже нашли свое применение в сердечниках трансформаторов, всевозможных датчиках, сверхпрочных композитах.

Правда, большинство аморфных металлов не только очень прочные, но и безумно хрупкие. Поэтому основным посылом для мировых научных работ на данный момент стало получение композитных материалов путем термической кристаллизации. Цель – добиться получения пластичных материалов. Она пока не достигнута, поэтому мировое научное сообщество живо интересуется тем, как же эта самая кристаллизация происходит: какие фазы образуются в результате кристаллизации, какими свойствами они обладают?

Аморфный сплав на основе алюминия
Аморфный сплав на основе алюминия

“Мы тоже находимся в процессе таких поисков, – рассказывает сотрудник кафедры материаловедения цветных металлов НИТУ “МИСиС” Андрей Базлов. – Мы первыми в мире обнаружили интересное свойство аморфного сплава на основе алюминия: если нагревать аморфный сплав 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. Их размер около 10 нанометров. Как рассказал Андрей Базлов, этот материал вдвое тверже своего “медленного” аналога. Однако при этом хрупкость двух видов стекол остается одинаковой.

Основное достижение этой работы в упрощении и удешевлении производства наночастиц. Дело в том, что обычно наноалюминий добывают довольно сложными методами: либо осаждением из газовой фазы, либо взрывным диспергированием. В любом случае, это очень энергоемкие процессы. Ученые НИТУ “МИСиС” открыли возможность получения материала классическими металлургическими методами, которые требуют на порядки меньше энергии. “Фактически, это литьё, – поясняет Андрей Базлов. – Не совсем классическое, но литьё, плюс обычная термическая обработка – отжиг”.

Для изготовления нового материала не нужно создавать каких бы то ни было новых уникальных установок. Его можно массово получать в промышленности уже сегодня. Хрупкость данного материала подразумевает то, что он легко разрушается, и легче всего рушится именно аморфная фаза. Наночастицы при этом остаются целыми, – то есть, поместив образец в условную шаровую мельницу (устройство для измельчения) можно в больших количествах извлекать из него наноалюминий.

По словам разработчиков, практическая польза такой разработки вполне понятна. Наноалюминий обладает несколькими важными особенностями. При поджигании реакция с выделением тепла у него начинается уже при 660 градусах Цельсия, в отличие от порошка с микроразмерными частицами, – они воспламеняются при 1000 градусов. Так как скорость детонации наноалюминия почти на треть выше, – при добавлении его в ракетное топливо импульс ракеты увеличивается на 70%.

Одинаковый размер частиц очень важен при использовании их как основы для композитных материалов, потому что позволяет точнее контролировать свойства получаемого вещества. Кроме того, как и любой наноматериал, он весьма перспективен как катализатор.

Данную методику можно применить и к другим аморфным алюминиевым сплавам. Это может привести к целому ряду новых композитов на основе аморфного алюминия.