Международная исследовательская группа, представленная учеными из Мадридского Института Перспективных Исследований Материалов (IMDEA Materiales) и Конструкторско-Технологического Бюро «Искра» (г. Уфа) разработала метод механической обработки металлов, позволяющий при комнатной температуре и атмосферном давлении создать и стабилизировать новые кристаллические состояния металлов

В металлах упорядоченное расположение атомов образует так называемую кристаллическую решетку, геометрия которой определяется природой материала и условиями его получения, такими как температура и давление. При нормальных условиях (комнатной температуре и атмосферном давлении) чистые металлы, такие как золото, алюминий и медь имеют кубическую решетку; магний, титан и цирконий  – гексагональную.

При увеличении давления могут происходить изменения геометрии кристаллической структуры, что сопровождается образованием новой фазы. Например, титан при наложении гидростатического давления в 1 миллион атмосфер изменяет гексагональную структуру на кубическую. Полученное в таких условиях состояние нестабильно, и при возвращении к нормальным условиям металл снова переходит в гексагональную форму. Совершенно очевидно, что экстремальные условия, требуемые для получения новой фазы, существенно ограничивают возможности его практического использования.

Многолетние исследования испанских и российских ученых позволили разработать метод, при помощи которого в нормальных условиях стабилизируется состояние материалов, достигаемое при очень высоких давлениях. Метод основан на одновременном сжатии металла и его деформации сдвигом с натяжением. Сдвиг сильно влияет на кинетику перехода одной структуры в другую, позволяя не использовать высокие давления. После успешных испытаний чистых металлов титана и циркония была подана заявка на патентование этого метода.

Фазы, которые можно получить при высоких давлениях, имеют новые свойства, что делает их очень перспективными с технологической точки зрения. Например, титан с кубической кристаллический решеткой рассматривается как материал для изготовления имплантов костей, поскольку его упругость ближе к упругости костного материала, чем титана с гексагональной структурой. Кроме того, показано, что температура сверхпроводящего перехода для кубического титана выше.

Эту работу можно назвать первым шагом в области разработки материалов нового поколения. Свойства таких материалов еще не полностью описаны и изучены, однако очевидно, что они будут интересны в различных областях практического применения.

Мария Костюкова