Металеве скло — перспективний матеріал майбутнього

Нещодавно група японських учених з Університету Тохоку розпочала масштабні дослідження нового покоління прозорих матеріалів на основі металів, які планується використовувати в найсучасніших галузях науки й техніки.

Термін «металеве скло» застосовують до матеріалу, що являє собою однорідну аморфну металеву масу без кристалічної структури. За зовнішнім виглядом він дещо нагадує звичайне силікатне скло, однак за своїми фізико-механічними властивостями суттєво від нього відрізняється.

Перші дослідження металевого скла були розпочаті ще на початку XX століття. Саме тоді групам учених вдалося отримати перші зразки аморфних металевих сплавів, які відкрили новий напрямок у матеріалознавстві.

Основні переваги металевого скла

Металеве скло має низку унікальних властивостей, серед яких:

• міцність, що приблизно вдвічі перевищує показники звичайних металевих сплавів;

• висока твердість;

• виняткова зносостійкість;

• підвищена корозійна стійкість до кислот, солоної води та інших агресивних середовищ.

Структура металевого скла істотно відрізняється як від традиційних металів, так і від звичайного скла. На відміну від кристалічних матеріалів, воно не має зернистої кристалічної решітки, що й забезпечує його незвичайні фізичні характеристики.

Недоліки матеріалу

Попри численні переваги, металеве скло поки що має певні обмеження. Головною проблемою залишається недостатня пластичність і гнучкість матеріалу. Він є досить жорстким, що значно обмежує можливості його масового використання, особливо у виробах побутового призначення.

На відміну від звичайного скла, яке здатне витримувати лише незначні пружні деформації, після перевищення яких руйнується, сучасні дослідження спрямовані на створення матеріалу, що поєднуватиме високу міцність із достатньою пластичністю.

Саме над вирішенням цього завдання працює дослідницька група Університету Тохоку. Її метою є створення прозорих металевих матеріалів, які можна буде застосовувати в тих сферах техніки, де раніше використання скла або металів було неможливим через їхні фізичні обмеження.

Новий підхід до створення матеріалів

До недавнього часу спроби вдосконалити традиційне кварцове скло не давали суттєвих результатів. Основною причиною стало те, що властивості силікатного скла обмежуються його природною структурою, тому досягти одночасно високої міцності та пластичності практично неможливо.

Одним із найперспективніших напрямків стало створення гібридних матеріалів, які поєднують аморфне скло з металевими кристалами, полімерними компонентами або квазікристалами.

Саме такі двофазні композиційні матеріали під час випробувань продемонстрували необхідний рівень гнучкості та пластичності. Додатковими перевагами стали менша маса виробів і висока питома міцність.

Сфери застосування

На сьогодні металеве скло розглядається як один із найбільш перспективних матеріалів для використання у:

• аерокосмічній галузі;

• транспортному машинобудуванні;

• виробництві високоточної електроніки;

• приладобудуванні;

• машинобудуванні, де потрібні висока точність і зносостійкість деталей.

Окремим напрямком є медична галузь. Зокрема, титанове металеве скло вже проходить випробування як матеріал для виготовлення медичних імплантатів, а також високоточних хірургічних інструментів завдяки своїй міцності, біосумісності та стійкості до корозії.