Новый сверхпрочный медный сплав можно использовать для создания более совершенных самолётов и космических кораблей.
Поперечное сечение нового медного сплава, где оранжевые точки обозначают атомы меди, жёлтые — атомы тантала, а синие — атомы лития. (Изображение предоставлено Университетом Лихай)
Впервые исследователи разработали новый медный сплав, который является одним из самых прочных материалов на основе меди из когда-либо созданных.
Новый сплав, представляющий собой смесь меди, тантала и лития, был создан на наноуровне, чтобы выдерживать экстремальные температуры и нагрузки, и может найти применение в аэрокосмической, оборонной и других отраслях промышленности. Исследователи опубликовали свои результаты 27 марта в журнале Science.
«Это передовая наука, разработка нового материала, который уникальным образом сочетает в себе превосходную проводимость меди с прочностью и долговечностью, сравнимыми с суперсплавами на основе никеля», — сказал в своём заявлении соавтор исследования Мартин Хармер, почётный профессор инженерии в Университете Лихай в Бетлехеме, штат Пенсильвания.
В настоящее время наиболее распространёнными материалами, используемыми в условиях высоких нагрузок, таких как газотурбинные двигатели и оборудование для химической обработки, являются суперсплавы на основе никеля, которые прочны, устойчивы к коррозии и выдерживают высокие температуры.
Но эти сплавы уступают по электропроводности, что ограничивает некоторые области их потенциального применения. Чтобы решить эту проблему, исследователи поместили медно-литиевые осадки между двумя слоями, богатыми танталом — элементом, устойчивым к коррозии.
Затем команда учёных усовершенствовала вещество, добавив небольшое количество лития, чтобы изменить структуру осадков и превратить их в стабильные кубоиды, повысив прочность и термостойкость сплава
«Когда мы заглядываем внутрь своего тела, мы пытаемся найти отпечатки клеточных мутаций, связанных с раком», — сказал в своём заявлении соавтор исследования Киран Соланки, профессор инженерии в Университете штата Аризона. «Точно так же конструкционные материалы имеют уникальный отпечаток, когда подвергаются воздействию каких-либо факторов, таких как радиация или тепло. И в этом случае наличие медного литиевого осадка со стабильным бислоем Ta [тантала] позволяет изменить отпечаток высокой температуры, чтобы предотвратить разрушение».
Полученный материал обладает впечатляющим сочетанием свойств. Помимо электропроводности, он может работать при температуре до 1472 градусов по Фаренгейту (800 градусов по Цельсию) и выдерживать максимальное напряжение 1120 мегапаскалей при комнатной температуре — более чем в полтора раза больше максимального давления, которое может выдержать сталь.
По словам исследователей, эти свойства означают, что его можно использовать по-разному.
«Это даёт промышленности и военным основу для создания новых материалов для гиперзвуковых летательных аппаратов и высокопроизводительных турбинных двигателей», — сказал Хармер.