Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали новый нанокомпозитный материал на основе металла с рекордными показателями удельной прочности. Основную часть материала составляет магний, в который добавлены наночастицы карбида кремния. Этот материал сможет пригодиться в аэрокосмической и автомобильной промышленности, для изготовления средств персональной защиты, мобильной электроники и в медицинских целях.

Магний – лёгкий металл, его плотность на треть меньше, чем у алюминия, при этом он достаточно распространён. Существующие методы увеличения прочности магния, включая различные сплавы, уже практически достигли своего максимума.

Слева — чистый магний, справа — накокомпозит с добавлением частиц карбида кремния. Диаметр «колонн» составляет около 4 мкм

Также уже проводились попытки добавления к металлу керамических наночастиц – но получавшийся материал имел гораздо меньшую пластичность и хуже поддаётся обработке, чем изначальный металл.

Калифорнийские материаловеды выяснили, что добавляя к магнию наночастицы карбида кремния в количестве 14% от объёма, можно добиться получения прочного и в то же время пригодного к машинной обработке материала. Пластичность сохраняется благодаря разработанному методу смешивания наночастиц (размер которых не превышает 100 нм) и металла, при котором частицы самостоятельно равномерно распределяются в жидком металле. Этот метод пригоден для масштабирования и промышленного использования.

«Уже высказывались предположения о том, что наночастицы могут ощутимо увеличить прочность металлов, не вредя при этом их пластичности. В особенности это касается лёгких металлов вроде магния. Но пока ещё никому не удавалось равномерно распределить наночастицы в расплавленном металле»,– утверждает Сяочан Ли [Xiaochun Li], ведущий исследователь проекта.

«Совместное использование физики и знаний по обработке материалов мы создали метод, прокладывающий новый путь к улучшению характеристик самых разных металлов путём равномерного распределения наночастиц. Это позволит удовлетворить растущие потребности к прочности материалов и энергетические запросы современного общества»,– отмечает Ли.

Учёным удалось исключить слипание наночастиц, добавляемых в металл, когда они добавляли их в смесь магния с цинком, и использовали разновидность интенсивной пластической деформации под названием «кручение под высоким давлением».