Połączenie magnezu i węgliku krzemu

Połączenie magnezu i węgliku krzemu

Magnez posiada wiele potencjalnych zalet, które pozwalają na jego zastosowanie w dzisiejszej technice. Jest uważany za najlżejszy z metali konstrukcyjnych dla budownictwa i motoryzacji, będąc przy tym ósmym co do częstości występowania pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Z drugiej jednak strony ustępuje swoim rywalom, jeśli chodzi o wytrzymałość. Naukowcy postanowili zdjąć z niego to ograniczenie poprzez dodanie do jego struktury nanocząstek węglika krzemu. Stworzyli tym samym niezwykle wytrzymały materiał kompozytowy, który może być stosowany w prawie każdym sektorze konstrukcyjnym.

– Zaproponowane nanocząstki mogą faktycznie zwiększyć wytrzymałość metali bez wpływu na ich plastyczność. Ponadto do dziś w lekkich materiałach, takich jak magnez nie udało się skutecznie rozproszyć wtrąceń ceramicznych – powiedział profesor Xiaochun Li z University of California (UCLA), lider zespołu badawczego.

Dotychczasowe działania zmierzające w kierunku połączenia metali z mikrocząsteczkami ceramicznymi powodowały utratę plastyczności materiału. Badacze starali się przezwyciężyć ten problem, angażując ich odpowiedniki w skali nano. Te jednak miały tendencję do zbijania się w grupy, nie rozkładając się równomiernie w całej objętości materiału macierzy.

Zespół z UCLA okazał się być autorem przełomu dzięki nowemu podejściu do produkcji kompozytu, obejmującym zastosowanie węglika krzemu. Jego cząstki mniejsze niż 100 nanometrów są w stanie rozproszyć się w stopie cynku i magnezu, ponieważ energia kinetyczna przepływu cząstek zapobiega ich zbrylaniu. Następnie materiał jest prasowany pod wysokim ciśnieniem, jednocześnie będąc skręcanym. Taka metoda pozwala osiągnąć wysoki poziom wytrzymałości i rozdrobnienia ziaren, często na poziomie nanometrów.

Otrzymany kompozyt składa się z około 14 procent nanocząstek węglika krzemu i 86 procent magnezu. Podczas badań zespół odkrył, że stop wykazuje rekordowy poziom zarówno jeżeli chodzi o wytrzymałości, jak i stosunek sztywności do masy. Ponadto jest bardzo stabilny w wysokich temperaturach, co niezwykle ważne w przypadku magnezu.

(rr)