Гибкий и прочный металл

Обновлено: 19.05.2024

Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.

Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие - настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.

А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:

Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.

10. Тантал

У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.

Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.

9. Бериллий

А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.

Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.

8. Уран

Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.

Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения - ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

7. Железо и сталь

Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.

Сталь - это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).

6. Титан

Титан - это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.

Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.

Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.

5. Рений

Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.

Россия - третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.

4. Хром

По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.

Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.

А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).

3. Иридий

Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.

Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

2. Осмий

Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.

Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.

1. Вольфрам

Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).

Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых - Хуана Хосе и Фаусто д'Эльхуяра - к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.

Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности - для изготовления ракетных сопел.

Таблица предела прочности металлов

Металл	Обозначение	Предел прочности, МПа
Свинец	Pb	18
Олово	Sn	20
Кадмий	Cd	62
Алюминий	Al	80
Бериллий	Be	140
Магний	Mg	170
Медь	Cu	220
Кобальт	Co	240
Железо	Fe	250
Ниобий	Nb	340
Никель	Ni	400
Титан	Ti	600
Молибден	Mo	700
Цирконий	Zr	950
Вольфрам	W	1200

Сплавы против металлов

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава - тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

12 самых прочных металлов на планете

Природа

Свинец

Свинец относительно мягкий, но его низкая температура плавления и высокая коррозионная стойкость делают его очень востребованным элементом во всех отраслях промышленности.

Свинец входит в ряд наиболее часто встречающихся элементов на планете. В настоящее время историки вместе с археологами доказали, что свинец был известен людям ещё в VI тысячелетии до нашей эры, и, предположительно, использовался для плавки.

Чаще всего свинец используют для производства разнообразных типов сплавов. Используют его в качестве красителя, окислителя в пластмассах, свечах, стекле и полупроводниках. Ещё в период Средневековья из него стали изготавливать пули.

Олово

Физически олово характеризуется как мягкий серебристо-белый металл, который одновременно пластичен и податлив. В условиях комнатной температуры он практически не окисляется и не поддаётся коррозии.

Олово наиболее широко используют в сплавах. Это мягкие припои олово-свинец, которые обычно состоят из 60% или более олова. Из-за своей низкой токсичности лужёные металлические банки популярны в пищевой промышленности.

По распространённости на Земле этот важный для жизни природный элемент обосновался на 49 месте.

Алюминий

Этот металл обладает особыми качествами, которые делают его незаменимым в производстве и жизни современного общества. Это один из наиболее широко используемых цветных металлов в мире.

Около 8% земной коры состоит из алюминия, а его концентрация в Солнечной системе составляет 3,15 части на миллион. Из-за своей низкой плотности и устойчивости к коррозии, алюминий является ключевым элементом в аэрокосмической и инфраструктурной промышленности.

Примечательно, что чистый алюминий имеет предел текучести около 15–120 МПа, его сплавы намного прочнее и имеют предел текучести от 200 до 600 МПа.

Золото

Один из самых ценных и востребованных минералов на Земле. Он одновременно очень пластичный и податливый. Высокая цена на золото обусловлена его редкостью.

Металл широко используется в ювелирном деле, электронике и медицине. Исторически золото использовалось для изготовления денег. Около 10% мирового производства золота идёт в электронную промышленность, где оно используется для изготовления коррозионно-стойких компонентов.

Геологи считают, что в недрах нашей планеты скрыто около 80% от общего запаса золота.

Серебро

Драгоценный металл, имеющий огромное значение для многих высокотехнологичных отраслей промышленности. Из всех металлов у серебра самые высокие показатели электрической и теплопроводности. По этой характеристике он превосходит медь.

Из-за высокой стоимости металл используется только в нескольких отраслях, например, в электронике. Серебряное покрытие различных схем и полупроводниковых устройств необходимо для их правильного функционирования. Помимо электроники и создания ювелирных шедевров, серебро широко используется в качестве антибиотического покрытия в медицинских инструментах и приборах.

Это великолепный катализатор для большинства процессов окисления. В годы Второй мировой войны почти 13 000 тонн серебра было использовано для обогащения урана.

Титан

Титан входит в десятку самых распространённых металлов земной коры и содержится в большинстве магматических пород в виде оксидов. Имеет высокое отношение прочности к массе.

Среди других характеристик следует отметить высокую температуру плавления и относительно низкую электропроводность по сравнению с большинством других металлов. Титан используется в качестве легирующего элемента в различных типах сплавов для достижения большей прочности.

Благодаря своей высокой коррозионной стойкости и прочности на разрыв титан стал основным материалом в аэрокосмической и судостроительной отрасли.

Твёрдый блестящий хром имеет одну из самых высоких температур плавления среди всех металлов. Хром известен своими необычными магнитными свойствами.

Он проявляет антиферромагнитные свойства при комнатной температуре, но при температуре выше 38°C превращается в парамагнитный металл. Хром занимает 22 место по распространённости элементом на Земле и в основном добывается из минералов, таких как кимберлит.

Почти 85% добытого хрома приходится на производство металлических сплавов, а остальное используется для окрашивания, нанесения покрытий, производства тугоплавких материалов, а также в качестве катализатора для обработки углеводородов.

Один из немногих элементов, которые встречаются в природе в пригодной для использования металлической форме, которую не нужно извлекать из какой-либо минеральной руды.

Благодаря этой особенности люди могли использовать медь ещё до 7 000 году до нашей эры. В 3 500 году до нашей эры медь сплавили с оловом для получения бронзы. Впервые в истории человечества один металл был сплавлен с другим. Сейчас основная часть мирового производства меди используется в кабельных проводах и электрических цепях. Используют в производстве сантехники, кровле.

В человеке находится от 1,4 до 2,1 мг меди на 1 кг своего веса. Чрезмерное накопление меди в печени может привести к серьёзному повреждению органа и нервно-психическим симптомам. Это состояние известно как болезнь Вильсона.

Никель

Никель — переходный элемент, жизненно важен для производства сплавов, так как почти 68% от общего объёма производства никеля в мире используется для производства нержавеющей стали. Другие области применения никеля включают гальванику, производство аккумуляторных батарей и чеканку монет.

В природе никель встречается в основном в минералах с большим содержанием мышьяка или серы, таких как никелин, пентландит и миллерит. Индонезия является крупнейшим производителем никеля в мире, за ней следуют Филиппины и Россия.

Никель также играет важную биологическую роль в организме человека и микроорганизмов. Исследование, проведённое в 2014 году, показало, что пациенты, страдающие диабетом 2 типа, имеют высокую концентрацию никеля в крови по сравнению с теми, у кого этого заболевания нет.

Тантал

Помимо того, что тантал — прочный металл, он также выступает одним из самых плотных материалов на Земле. Тантал известен своей способностью противостоять коррозии настолько, что он может выдерживать очень агрессивную царскую водку при температуре ниже 150°C.

Этот элемент принадлежит к особой группе металлов, которые чрезвычайно устойчивы к нагреванию и известны как тугоплавкие металлы. Они хоть и в небольших количествах, но применяются в производстве всевозможных сплавов.

Тантал широко используется в секторе электроники для производства прочных сверхмощных конденсаторов для телефонов, планшетов, компьютеров, фотоаппаратов и высокоточных устройств для автомобилей.

Железо

Удивительный металл, который составляет большую часть ядра Земли и является четвёртым по распространённости элементом земной коры.

Элемент в чистом виде является пластичным, но легко комбинируется с другими элементами для получения сплавов железа, таких как чугун и сталь. Широко используется в промышленности из-за прочности и относительно малой стоимости.

Современные стали можно разделить на четыре разновидности. Это углеродистая сталь, низколегированная, высокопрочная низколегированная и легированная сталь. В то время как углеродистая сталь состоит в основном из железа и углерода. Другие типы содержат различные количества других элементов, таких как молибден, марганец, хром или никель.

Сталь наиболее широко применяют в производстве тяжёлого оборудования машиностроения и в строительной индустрии. Несмотря на появление алюминия, сталь остаётся жизненно важной для производства автомобильных кузовов. Предел текучести сплавов с железом может достигать более 2 000 МПа.

Вольфрам

Известен вольфрам своей высочайшей температурой плавления и беспрецедентной прочностью. Впервые он был открыт в виде кислоты в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Исследования испанских учёных Фаусто и Хосе Эльхуяра позволили сделать открытие. Они выделили такую же кислоту из минерала вольфрамита, из которого позже выделили вольфрам с помощью древесного угля.

Помимо широкого использования в лампах накаливания, способность вольфрама функционировать при экстремальных температурах делает его востребованным элементом в военной промышленности.

Во время Второй мировой войны вольфрам играл важную роль в проведении экономических и политических сделок между европейскими странами. Большие его запасы были сосредоточены в Португалии, что подняло международный авторитет страны.

В заключение

Человечество давно пришло к выводу, что без металлов существование цивилизации на планете было бы невозможно. Все минералы или металлы, обнаруженные на Земле, ценны для человека, но только несколько из них имеют чрезвычайное значение. Чистые металлы мягкие или слабые, но включение в их сплав других металлов и примесей делает их намного прочнее. Редакция TheBiggest будет рада вашим комментариям по теме статьи. напишите какие прочные металлы вы часто используете в жизни.

Список самых прочных материалов, известных человеку

Но прочность — это довольно широкое понятие, под которым скрывается множество свойств и допущений. Например, материал может быть прочным только в одном направлении, а в других хрупким. Поэтому наш список нельзя считать полностью объективным.

Стекловолокно

В 1932 году Рассел Слейтер создал новый прочный материал и использовал его в качестве теплоизоляции для зданий.

Стекловолокно имеет сопоставимые механические свойства, как полимеры и углеродное волокно. Несмотря на то, что стекловолокно не так прочно, как углеродное, оно намного дешевле и менее хрупко при использовании в различных композитах.

Стекло из микролегированного палладия

В 2011 году исследователи материалов из Калифорнийского технологического института совместно с лабораторией Беркли разработали новый тип металлического стекла с широким спектром свойств, которое намного прочнее стали.

Как следует из названия, это металлическое стекло изготовлено из палладия — металла с высоким коэффициентом жёсткости. Палладий снижает хрупкость стекла, но увеличивает его прочность.

Титановые сплавы

Такие сплавы чрезвычайно лёгкие и обладают высокой стойкостью к коррозии. Из-за этих свойств сплавы широко используются в кораблестроении.

При всех достоинствах титановых сплавов, они очень дорогие, а потому применение сильно ограничено в гражданском производстве. В основном материал используют в производстве военных судов и ледоколов.

Карбид вольфрама

Соединение карбида вольфрама состоит из равных частей атомов углерода и вольфрама. Он в основном используется для создания тяжёлых промышленных режущих инструментов и пуль большого калибра.

Лонсдейлит

Это природный минерал, образующийся при падении на Землю метеоритов, содержащих графит. Во время удара о поверхность вырабатывается тепло, которое превращает графит в алмаз под высоким давлением. При таком превращении сохраняется гексагональная кристаллическая решётка графита.

Лонсдейлит был назван в честь прославленного кристаллографа, родом из Ирландии, Кэтлина Лонсдейла. В прессе часто сообщалось, что лонсдейлит на 58% твёрже алмаза. Но это оказалось мифом. По шкале Мооса твёрдость минерала составляет 7–8 единиц.

Мартенситностареющая сталь

Это особая разновидность сверхвысокопрочных сталей, прочность которых определяется интерметаллическими соединениями, а не углеродом. Такие стали известны своей прочностью и твёрдостью, не теряя пластичности.

Одним из основных элементов, используемых в мартенситностареющей стали, является 25-процентная массовая доля никеля. Его лучшее соотношение веса и прочности, чем у большинства других сталей, позволяет широко использовать мартенсит в ракетах и обшивках ракет.

Вектран

Производится только японской корпорацией «Kuraray», а представляет собой химически стабильный полиэстер с высокой прочностью и термостойкостью.

В основном используются для закрепления электрических кабелей, канатов, а также в качестве одного из композитных материалов для высококлассных велосипедных шин. Есть и недостаток. Имея высокую прочность, материал легко трескается.

Кевлар

Впервые был использован в 1970-х годах не в военной технике, а в качестве замены стали в гоночных шинах. Материал получил широкое применение в промышленности, так как он в 5 раз прочнее стали.

Сейчас кевлар широко применяется в производстве велосипедных шин, парусов для гоночных яхт, пуленепробиваемых жилетов. Получил широкое применение в аэрокосмической отрасли.

Паучий шёлк

Эти произведения искусства паука выступают одним из самых твёрдых материалов, встречающихся в природе.

Прочность паучьего шёлка зависит от вида и от ряда других внешних факторов, таких как температура и влажность, во время тестирования. Но при подходящих условиях эта нить в 10 раз прочнее кевлара на растяжение.

Это интересно: Если паучья нить была бы длиной 40 000 километров, что равно длине окружности экватора, она бы весила около 500 граммов.

Карбид кремния

На фото: Минерал муссанит, который является природной разновидностью карбида кремния.

Этот материал составляет основу брони многих боевых танков. Он обладает высокой твердостью и прочностью, а также очень устойчив к радиации и химическим соединениям.

Patella vulgata

Этот вид морских улиток, широко известный как «европейский блюдец», в основном встречается в Западной Европе. Их зубы — один из самых прочных материалов, обнаруженных в живой природе.

Исследование 2015 года, опубликованное в журнале «Royal Society Journal», показало, что зуб европейского моллюска может быть прочнее, чем паучий шёлк, который официально является самым прочным природным материалом на Земле.

Вюрцит борная нанотрубка

Вюрцит нитрит бора — одно из самых редких веществ в мире. Они либо обнаруживаются естественным путём, либо синтезируются вручную. Материал назвали в честь прославленного французского химика Шарля Вюрца.

Различные симуляции показали, что борные нанотрубки из вюрцита могут выдерживать на 18% большее напряжение, чем алмаз. В природе они образуются во время извержений вулканов, под воздействием высоких температур и давления.

Buckypaper

Уникальный материал был создан американскими и бразильскими учёными. Сделан он из углеродных нанотрубок. Считается, что этот материал примерно в 50 000 раз тоньше, чем средний человеческий волос, и в 500 раз прочнее стали.

Ещё одна интересная характеристика Buckypaper в том, что она может рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний.

Зилон (Zylon)

Зилон специально разработан американским независимым институтом «SRI International» как особая разновидность термореактивного жидкокристаллического полиоксазола. Он в 1,6 раза прочнее, чем кевлар.

Zylon используется в ряде областей, где требуется очень высокая прочность и отличная термическая стабильность. Теннисные ракетки, сноуборды — вот некоторые из его известных применений.

Углеродное волокно

Диаметр таких волокон равен 5–10 микрометров и состоят они в основном из атомов углерода. У таких волокон есть ряд преимуществ перед сталью и сплавами.

У этих волокон высокая жёсткость, высокая прочность на разрыв, малый вес и высокая химическая стойкость. Эти свойства сделали углеродное волокно очень популярным в аэрокосмической, военной отраслях. Широко используют их в производстве спортивного снаряжения.

Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Dyneema)

Dyneema — это прочное и сверхлёгкое полиэтиленовое волокно, которое в основном используется в качестве композитных пластин для создания бронированных автомобилей. Оно легче воды, а останавливает пули и в 15 лучше стали.

Также используется для изготовления альпинистского снаряжения, рыболовных верёвок, тетивы для лука. Он имеет высокий предел текучести 2,4 ГПа и низкий удельный вес 0,97 г/см³.

Алмаз

Такие свойства алмаза человек стал применять в промышленности, в качестве изоляторов и полупроводников. А алмазная крошка просто незаменима при резке высокотвёрдых материалов.

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки, как алмаз и графит, являются производным аллотропов углерода в цилиндрической наноструктуре. Исключительная прочность и меньший вес являются причиной его ценности для электронной промышленности и нанотехнологий.

Кроме того, благодаря своей превосходной теплопроводности, электрическим и механическим свойствам углеродные нанотрубки являются основой многих отраслей промышленности.

Графен

Графен, пожалуй, самый прочный материал, известный людям. В нём один слой углерода, расположенный в треугольной решётке. Является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок.

Хотя графен производится в небольших количествах уже более века, первое изолированное открытие материала было сделано К. Новоселовым и А. Геймом в 2004 году. Оба за свой вклад в развитие науки получили Нобелевскую премию в области физики.

Подведём итог

Подытоживая подборку уникальных материалов, отметим, что прочность любого материала измеряется его пределом прочности на разрыв, то есть сопротивлением любого материала перед разрушением под постоянным давлением. Сейчас в большинстве случаев прочность измеряют методом конечных элементов, который является самым эффективным.

Создан новый металл – прочнее, чем сталь, но гибкий как пластик

Представьте себе материал, который прочнее чем сталь, но гибкий как пластмасса и способен принимать, по-видимому, бесконечный ряд форм. На протяжении целых десятилетий ученые пытались найти такую идеальную субстанцию, которая могла бы принимать различные сложные формы с той же легкостью что и пластмасса, а также недорого обходится подобно пластмассе, но в то же время не уступать по силе и долговечности металлу.

Теперь научно-исследовательская группа под руководством Жана Счроэрса (Jan Schroers), материаловеда в Йельском Университете, продемонстрировала, что разработанные совсем недавно толстые металлические стекла (BMG) – сплавы металла, имеющие произвольное размещение атомов в отличие от нормальной, кристаллической структуры обнаруженной в обычных металлах – могут менять форму подобно пластмассе, что не невозможно в случае обычного металла, и при этом не жертвовать прочностью и долговечностью присущими металлу. Их сведения были описаны он-лайн в текущем выпуске журнала Materials Today.

"Эти сплавы похожи на обычный металл, который может принимать различные формы так же легко, как и пластмасса" – пояснил Счроэрс. Пока только группа создала множество предметов сложных форм, включая литые металлические бутылки, корпуса часов, миниатюрные резонаторы и биомедицинские имплантаты, которые могут принять определенную форму менее чем за минуту времени, но остаются такими же прочными, как и типичная сталь.

Материалы почти той же стоимости, что и обычная сталь, по словам ученых, могут обходиться так же дешево, как и пластмасса. Сплавы состоят из различных металлов, включая цирконий, никель, титан и медь.

Группа ученых придает форму сплавам при низких температурах и низком давлении, где толстое металлическое стекло сильно смягчается и стекает так же легко, как и пластмасса, но не кристаллизуется подобно обычному металлу. Именно низкие температуры и низкое давление позволили ученым сформировать материал BMG с беспрецедентным удобством, универсальностью и точностью. Для того чтобы тщательно контролировать и поддерживать идеальную температуру во время процесса, группа формировала BMG в вакууме или в жидкости.

"Хитрость состоит в том, чтобы избегать трения, обычно присутствующее в других методах формирования" – отметил Счроэрс. "Процесс придания формы полностью устраняет трение, позволяя нам создавать любое количество сложных форм, вплоть до наномасштбных".

Профессор Счроэрс и его группа уже используют свой новый метод обработки для изготовления миниатюрных резонаторов для микроэлектромеханических систем (небольшие механические устройства, запитанные от электричества MEMS), а также гироскопы и другие приложения для резонатора.

Кроме того, формируя материал BMG, научно-исследовательской группе удалось объединить в один три традиционных шага в процессе обработки метала (формирование, соединение и полировка), который позволил им выполнять громоздкий процесс, требующий много времени и энергии менее чем за одну минуту.

"Это могло бы способствовать развитию целой новой системы для формирования металлов" – отметил исследователь. "Превосходные свойства материала BMG относительно пластмассы и типичных металлов, заключающие в себе удобство, экономичность и точность в производстве, имеют такой же потенциал для широкого применения в обществе, как и разработка синтетической пластмассы и связанных с ней методов обработки в последнем столетии".

ТОП-20 самых прочных и крепких металлов

Прочность металла — это его устойчивость к нагрузкам, способность внутренней структуры противостоять внешнему воздействию. Для выявления самого крепкого металла за основу можно взять предел прочности или текучести в МПа. Эти величины показывают, какое усилие нужно приложить для нарушения молекулярных связей в материалах. Чем выше предел прочности, тем крепче металл. Наиболее устойчивые к воздействиям материалы активно применяются в машиностроительной и оборонной промышленности, в самолето-, ракетостроении, в строительстве и при сооружении металлоконструкций, спецтехники для индустриальных комплексов. В нашем ТОП-20 собраны самые крепкие металлы в мире с учетом показателей предела прочности.

Иридий

В России его ставят на одну планку с драгоценными. Иридий входит в платиновую группу. Этот металл открыл в 1803 году британец Теннант. Свое название («радуга» в пер. с греческого) иридий получил из-за красочных солей разных оттенков, которые выпадают в осадок при вступлении в реакции с ним. К особенностям металла относятся:

высокая твердость — иридий является одним из немногих металлов, которые сложно обрабатывать;
плавление материала при + 2466, закипание при +4428 градусах;
сохранение инертности — при подогреве.

Иридий применяется для авиа-, космической промышленности. Без этого материала не обходится изготовление высокопрочных автомобильных деталей.

Рений

Название этого крепкого металла имеет «речное» происхождение. Свое наименование рений получил в честь немецкой реки Рейн. Официально металл был открыт в 1928 году, но только через два года его производство приобрело промышленные масштабы. Рений извлекается из молибденовых руд и обладает следующими свойствами:

тугоплавкость — расплавить металл можно только при +3200 градусах Цельсия;
высокая пластичность;
кипит только при +5600 градусах;
выдерживает много циклов охлаждения и последующего нагрева без потери прочности;
сравнительно высокая плотность — 21 грамм на куб. сантиметр.

Рений используют при сооружении ракет, подготовке высокопрочных сплавов, в электронике и электротехническом оборудовании.

История этого прочного металла началась в 50-х годах 18 века. Но только в 1780 году он был официально открыт химиками Элюар из Испании. Братья провели ряд исследований элемента и выявили его важнейшие свойства. Крупнейшие залежи металла в виде окисленных соединений базируются в Канаде и США, на территории Казахстана. Из-за высокой прочности этот материал поддается обработке только порошковым методом. Среди свойств выделяются:

термостойкость — плавиться вольфрам начинает при температуре от +2450 градусов;
парамагнетизм;
отличная звукопроводность — 4 300 метров за секунду.

Тугоплавкий металл используют в лампах накаливания, вакуумных системах, в оружейной промышленности. Он незаменим везде, где нужно выдерживать экстремальные температуры.

Цирконий

Серо-белый цирконий обладает повышенной устойчивостью к воздействию кислот, кроме горячей серной, не боится коррозии. Первооткрывателем стал Клапрот в 1789 году. Но лишь через 35 лет после этого металл обнаружили в аморфной среде. Кипит цирконий при +4377 градусах, а плавится — при +1855.

Этот металл встречается в земной коре в виде пяти изотопов — одного радиоактивного и четырех стабильных. Высокая химическая стойкость позволяет эксплуатировать цирконий для изготовления качественной посуды с отличными гигиеническими показателями. Применяется он при производстве хирургических инструментов, протезов.

Молибден

Первооткрывателем молибдена стал Карл Шееле в 1778 году. Но в металлической форме его получили только через три года. В чистом виде молибден был выделен в 1817 году путем восстановления оксида водородом. Крупнейшие месторождения находятся в США, Мексике, Норвегии и Канаде.

Молибден парамагнитен, имеет низкий коэффициент теплового расширения, плавится при 2 620 градусах Цельсия. В природе встречается в виде семи изотопов. Этот металл нужен для легирования сталей, при создании жаростойких сплавов, используется в вакуумных печах в форме нагревательных элементов. Чистый молибден выбирают для лазерного оборудования.

Хром

Этот металл с голубоватым оттенком был получен в 1797 году в форме карбида. Первооткрывателем стал французский химик Воклен. Один из самых твердых элементов сложно назвать редким — его содержание в земной коре превышает 0,03 грамма на тонну от общей массы. Но в чистом виде хром не встречается. Среди свойств выделяются:

парамагнетизм — проявляется при температуре выше +37 градусов Цельсия, антиферромагнитные свойства — при температуре ниже указанного значения;
отсутствие реакции с кислотами — элемент не подвергается их воздействию;
температура плавления — 1857 градусов.

Хром добавляется в легированные стали для увеличения их прочности в два-три раза. Он используется и при окрашивании, нанесении покрытий, производстве тугоплавких материалов, как катализатор в процессе обработки углеводорода.

Этот элемент стал открытием 1791 года — одновременно в Германии и во Франции. Но его выделили в чистом виде только через тринадцать лет в Швеции. В 1940 году после получения патента на восстановление титана из тетрахлорида началось производство металла в промышленных масштабах. Залежами этого металла богаты страны Россия, Канада.

Титан — металл пластичный, но крепкий. Степень его прочности зависит от обработки. Плавится материал при +1700 градусах Цельсия. Используют титан для производства бронированных жилетов и обшивки подводных лодок, при изготовлении трубопроводов и реакторов, медицинских протезов и имплантов. Он добавляется и в легированные стали для упрочнения.

Уран

Это элемент, который слабо вступает в реакции с другими веществами. В чистом виде его удалось выделить лишь в 1840 году. Радиоактивный металл является одним из самых прочных на планете. К его свойствам относятся:

парамагнетизм;
температура плавления +1100 градусов;
большой удельный вес — 18,7 граммов на куб. см.

Уран имеет глянцевую поверхность с бело-серебристым оттенком. Она активно применяется в ядерной энергетике (при производстве топлива), для медицинского синтеза. Используют уран и при подготовке оружия в оборонной промышленности.

Это отличный катализатор, который обладает высокой прочностью и при повышенных температурных показателях. Никель — пластичный и ковкий ферромагнетик. Он устойчив к коррозии, окислению на воздухе, твердый и вязкий, хорошо полируется. Плавится металл при +1452 градусах Цельсия.

Никель — элемент с серебристо-белым окрасом, который был открыт в 1751 году шведским минерологом Кронстедтом. Из руды ученый выделил зеленый оксид, который в результате был восстановлен до никеля. Сейчас металл широко применяется в промышленности, на его основе делают суперсплавы с высокими эксплуатационными свойствами. Никель используется в монетном деле, при производстве аккумуляторных батарей, медицине. Никелирование защищает поверхности других металлов от коррозии.

Ниобий

Тугоплавкий и устойчивый к ржавлению материал относится к группе металлов. Он имеет серо-серебристый окрас, плавится при +2467 градусах Цельсия. К другим свойствам ниобия относятся:

плотность — 8,57 граммов на кубический сантиметр;
температура кипения — 4742 градуса.

В природе встречается единственный изотоп ниобия. Этот элемент открыли в Британии в начале девятнадцатого века. Он получил название колумбита. Только в 1952 году ниобий официально получил нынешнее обозначение. Месторождения материала находятся в Японии, на Кольском полуострове и в США. Применяется ниобий для изготовления деталей авиационной техники, легирования цветмета, в электронике и вычислительной технике.

Металл сочетает серебристый и белый окрас, имеет плотную оксидную пленку. Тантал в чистом виде был получен в 1844 году немцем Розе. Но открыли его еще за сорок лет до этого. Содержание тантала в земной коре — до 0,000002 грамма на тонну от общей массы. Этим обусловлена его высокая цена — больше 250 долларов за грамм. Тантал плавится при температуре свыше +3000 градусов Цельсия, пластичен как золото, но очень крепок, имеет высокую плотность и не боится ржавчины. Он применяется в лабораторной посуде, хирургических инструментах, при создании жаростойких сплавов. Используется тантал и в системах ядерной энергетики, в автомобильной промышленности, электронике.

Это один из самых распространенных металлов (свыше 90 % в земном ядре), который сам по себе не отличается большой прочностью. Но в комбинации с углеродом и другими компонентами железо образует очень крепкие соединения — к примеру, сталь. К свойствам металла причисляют:

способность намагничиваться;
температуру плавления +1538 градусов Цельсия, закипания — более +2850 градусов;
полиморфизм (четыре кристаллические модификации).

Среди сфер применения железа наиболее распространены машиностроение, сооружение крепежных элементов, производство стройматериалов и металлоконструкций.

Кобальт

Твердый, блестящий, тягучий металл визуально напоминает железо. Кобальт плавится при +1768 градусах Цельсия. Этот металл был открыт в 1735 году, но окончательно его позиционировали в качестве самостоятельного элемента только через 46 лет. Французский химик Макер определил металлургический метод получения кобальта. Кстати, его название происходит от слова «коболд», что означает гном или домовой. При обжиге некоторых кобальтовых минералов выделяются ядовитые окислы мышьяка.

Доля кобальта в земной коре составляет 4-10 % от общей массы. Этот металл используется в атомной промышленности, растениеводстве, при получении магнитов и сплавов повышенной прочности.

Медь

Медь — распространенный, прочный материал, хороший проводник электричества и тепла, компонент металлических сплавов, используемых в ювелирной промышленности. Плавится она при +1083 градусах Цельсия, а закипает — при +2562 градусах. Ковкая пластичная чистая медь имеет розовато-оранжевый окрас. Она подлежит вторичной переработке без потери качества.

Медь находится в тройке лидеров по объему мирового потребления и производства. Она применяется в химической промышленности, при производстве автомобилей и электроприборов, цифровой и бытовой техники, в тензометрических датчиках и монетном деле.

Осмий

Он стал известен в 1803 году благодаря британскому химику Теннанту. Осмий выделили в форме осадка после растворения платины в смеси азотной и соляной кислот. Осмий — металл голубовато-серого цвета, имеющий высокую удельную массу и прочность. Он сохраняет блеск и под воздействием экстремальных температур, Добывают металл в Сибири и на Урале, в США и Колумбии. Тугоплавкий осмий содержится в платиновых минералах и растворах с иридием. В земной коре — 0,007 грамма металла на тонну.

Осмий плавится при +3033 градусах. Это самый плотный элемент на планете (22,6 г/см3). Он почти не применяется в чистом виде — исключительно с легирующими добавками. Металл из платиновой группы широко распространен в ядерной промышленности.

Магний

Это легкий металл, имеющий небольшую плотность, малый вес. Он подвергается разным методам обработки — от ковки и прокатки до сварки и штамповки. Открыли магний в 1809 году в Великобритании. Химик Гемфри Дэви получил металл путем электролиза смеси из оксида ртути и магнезии. Температура кипения магния — 1090 градусов, а плавится он при +650 градусах Цельсия. Металл отлично прессуется, прокатывается, поддается резке при высокой чистоте.

Магний используется в качестве огнеупорного материала, при создании ракет в военном деле, в медицине, фотографии, при изготовлении аккумуляторных батарей. Его запасы сосредоточены в Норвегии, США и Китае.

Бериллий

Относительно распространенный металл был открыт французским химиком Вокленом в 1798 году. Его содержание в земной коре достигает четырех граммов на тонну в общей массе. Ключевые месторождения сосредоточены вблизи вулканов — в США, Китае и Казахстане. Бериллий обладает:

высокой упругостью;
максимальной звукопроводимостью — 12,5 метра в секунду;
высокой токсичностью.

Металл обладает канцерогенным действием. Но его успешно эксплуатируют в акустике, ядерной энергетике, при изготовлении лабораторных тиглей, в аэрокосмической технике, при создании вакуумных труб и огнеупорных материалов.

Это один из ключевых элементов для промышленности, самый используемый цветной металл в мире. Земная кора состоит из алюминия на 8 %. Он плавится при +660 градусах. Низкая плотность (всего 2,6 грамма на куб. см), устойчивость к коррозии за счет образования плотных оксидных пленок позволяют эксплуатировать алюминий в аэрокосмической промышленности, при конструировании судов, автомобилей, катеров.

Этот металл относится к группе легких, хорошо проводит тепло и электрический ток. Впервые алюминий был получен в 1825 году датчанином Эрстедом. Позднее другой химик Велер использовал калий для восстановления другого чистого металла.

Кадмий

Кадмий — тягучий и ковкий металл в бело-серебристом окрасе. Он плавится при +321 градусе, а закипает — при 765 градусах Цельсия. В 1817 году немец Штромейер открыл кадмий при исследовании свойств цинковых оксидов. Металл получил название по греческому обозначению руды. Кадмий прочнее олова, но поддается резке ножом. Теряет упругость он при +80 градусах Цельсия.

Кадмий используют при создании солнечных батарей, нанесении антикоррозийных покрытий на иные металлы, при производстве аккумуляторов.

Сравнительно пластичный металл в белом цвете с серебристым отливом. Он наименее твердый из всех перечисленных материалов. Олово плавится при +232 градусах Цельсия, не окисляется, не ржавеет при комнатной температуре. Особенно часто его используют в сплавах — припоях, где содержание самого металла не превышает 60 %. Вместе с медью олово образует бронзу — один из наиболее ценных материалов.

К сферам применением олова относят электронику, изготовление пищевой тары, производство белой жести, подшипников, трубопроводов.

Читайте также: