Многим из нас хорошо известны основные свойства например обычной фанеры – ее прочность, жесткость, стабильность и размеры.
Но, скорее всего, вы мало знакомы со свойствами других листовых материалов, появившихся в последние годы.
Неважно, какой проект вам предстоит изготовить, – мы поможем найти материал, идеально подходящий для ваших задач.
Улучшенные свойства благодаря современным разработкам
Все листовые и плитные материалы, включая фанеру, относятся к обширной категории искусственных древесных материалов. В отличие от натуральной, природной древесины, когда доски и брусья просто выпиливаются из древесного ствола и высушиваются, искусственные материалы получают путем дальнейшей обработки, добиваясь улучшения или изменения некоторых свойств.
Например, фанера состоит из множества тонких слоев, склеенных друг с другом так, что направление волокон каждого слоя перпендикулярно соседним. Это увеличивает прочность, уменьшает колебания размеров и позволяет использовать древесину с красивой текстурой только на внешних слоях.
Хотя фанера до сих пор доминирует на рынке, появляется все больше новых листовых материалов, производимых из стружки, опилок или размолотой в порошок древесины, которые смешиваются с клеем и специальными добавками, а затем прессуются. Гак изготавливаются широко известные древесно-стружечные и древесноволокнистые плиты (ДСП и МДФ). Даже традиционная фанера изменилась путем частичной замены внутренних или внешних слоев другими материалами, а становящаяся популярной фанера высокой плотности склеивается из множества очень тонких слоев шпона.
В статье описаны назначение и свойства десятка листовых и плитных материалов. Примечание.
Мы не стали включать в нее некоторые материалы, такие как ОСИ (ориентированно-стружечную плиту) и антисептированную фанеру, предназначенные для строительствва, а не для столярной работы.
Описание листовых материалов
- 1. Материал
- 2. Описание
- 3. Применение
- 4. Стандартные размеры
- 5. Сорта
- 6. Преимущества
- 7. Недостатки
Перечень:
1. Древесно-стружечная плита
2. Состоит из опилок и древесной муки со специальными добавками. Термическое прессование в листы и плиты.
3. Широко используется как подложка для напольных покрытий, для изготовления дешевой корпусной мебели. Ограниченно применяется в мастерских для изготовления некоторых приспособлений.
4. Листы и плиты толщиной 6; 12; 16; 19; 25 и 32 НИ.
5. PBU – для чернового пола M-S, М-1,М-2иМ-3-для изготовления корпусной мебели и столешниц.
6. Низкая стоимость и доступность, легкость обработки и относительная стабильность размеров.
7. Недостаточная жесткость, низкая влагостойкость. Крепеж удерживается плохо.
1. Древесно-стружечная плита с меламиновым покрытием (ЛДСП)
2. Одна или обе поверхности ДСП облицовываются бумагой, пропитанной меламиновыми смолами. На дешевых сортах пластик просто наклеивается, а на дорогих прочно связывается с основой путем нагрева.
3. Отлично подходит для изготовления корпусной мебели, так как пластиковая поверхность легко чистится. Используйте для изготовления приспособлений и простых фрезерных столов.
4. Листы и плиты размером 1250×2500 мм и толщиной 5; 12; 16 и 18 мм.
5. Стандартных градаций ЛДСП не существует, но есть так называемые «вертикальная» и «горизонтальная» разновидности. Дорогие сорта обычно имеют более толстую и прочную пленку покрытия.
6. Недорогой доступный материал с легко чистящейся поверхностью. Широкая гамма расцветок. Встречаются разновидности с покрытием из крафт-бумаги или натурального шпона.
7. Тяжелый материал с низкой влагостойкостью. Края распила часто повреждаются сколами при раскрое пильными дисками, не предназначенными для этого материала.
1. Оргалит
2. Смесь молотых древесных волокон со смолами, спрессованная в листы. Одна или обе стороны листа могут быть гладкими.
3. Отлично подходит для изготовления самодельных приспособлений и мебели для мастерской, особенно разновидности с двумя гладкими сторонами. Перфорированный оргалит-удобное средство для подвески инструментов.
4. Листы толщиной 3 и б мм.
5. Черновой (2 зеленых полосы), стандартный (1 зеленая полоса), средней твердости (2 красных полосы), твердый (1 красная полоса), S1S (с одной гладкой стороной), S2S (с обеими гладкими сторонами).
6. Доступный и недорогой материал, легко обрабатывается, относительно стабилен, хорошо окрашивается.
7. Стандартный и черновой сорта не влагостойки, плохо шлифуются и плохо удерживают крепеж. Их края легко повреждаются.
1. Древесно-волокнистая плита средней плотности (МДФ)
2. Смесь целлюлозных волокон с синтетическими смолами, спрессованная при нагреве.
3. Отлично подходит для изготовления приспособлений, корпусной мебели, окрашиваемых изделий, отделочных профилей. Используется в качестве основы для наклейки шпона и пластиков.
5. Основная разновидность: Industrial. Дешевые сорта обозначаются маркой «В» или «shop». Также классифицируется по плотности: стандартная – MD, низкой плотности – LD.
6. Гладкие поверхности, отсутствие внутренних и наружных дефектов, стабильная толщина. Хорошо склеивается. Кромки легко обрабатываются.
7. Тяжелый материал. Обычные шурупы удерживаются плохо.
1. Хвойная фанера
2. Перекрестно склеенные слои шпона из древесины хвойных пород.
3. Садовая мебель, постройки и конструкции на открытом воздухе, мебель для мастерских, основание для напольных покрытий.
4. Листы и плиты толщиной 6; 10; 12; 16; 19 и 22 мм размерами 1220×2440 и 1225×2500 мм.
5. Сорта А, В, C,D (I,II, III, IV).
6. Дешевле фанеры из лиственных пород древесины. На первосортной фанере лицевой слой шпона часто имеет красивый рисунок текстуры.
7. Красивый внешний вид часто скрывает многие дефекты. Невысокая жесткость.
1. Кашированная фанера
2. Фанера с двухсторонним покрытием из плотной бумаги, пропитанной синтетическими смолами.
4. Листы и плиты толщиной 6; 8; 10; 12; 16 и 19 мм размерами 1220×2440 мм.
5. Классифицируется по сортам так же, как фанера из лиственных пород древесины. Внешние слои (оклеенные бумагой) из шпона сорта В (II) или А (I), внутренние слои из шпона сорта С (III).
6. Гладкие поверхности хорошо окрашиваются. Легко обрабатывается. Долговечный материал, устойчивый к атмосферным воздействиям.
7. Тяжелый материал. Ограниченная доступность.
1. Декоративная фанера
2. Фанера с наружными слоями шпона из ценных пород древесины.
3. Применяется для изготовления мебели и отделки интерьеров.
4. Листы толщиной 3;6; 10; 12; 16 и 19 мм.
5. Сорта шпона на лицевой стороне: АА, А, В, C/D/E на задней стороне: 1,2,3,4.
6. Стабильнее и дешевле массивной древесины. Отсутствие внешних дефектов на лицевой стороне. Красивый внешний вид.
7. Толстые листы могут быть тяжелыми. Тонкий шпон легко повредить. Кромки деталей приходится закрывать накладками.
1. Березовая фанера
2. Склеивается из тонких слоев шпона. В дорогих сортах отсутствуют внутренние дефекты.
3. Применяется для изготовления приспособлений, мебели, выдвижных ящиков.
4. Листы размером 1525×1525 мм и толщиной 4; 6; 5; 9; 12; 15 и 18 мм.
5. Сорта: АА, А, В, С, D.
6. Жесткость, стабильность, отсутствие дефектов. Хорошо удерживает шурупы. Обработанные кромки декоративны.
7. Тяжелый материал. Наружные слои только из березового шпона.
1. Фанера «Appleply»
2. Американская разновидность высококачественной березовой фанеры с наружными слоями шпона из древесины ценных пород.
3. Применяется так же, как европейская березовая фанера, преимущественно в декоративных целях.
4. Листы и плиты толщиной 6; 10; 13; 19; 25 и 32 мм размерами 1220×2440 мм.
5. Градации по сортам нет, но для внешних слоев используется шпон сорта «В» или «А».
6. Жесткость, стабильность, отсутствие дефектов. Хорошо удерживает крепеж. Разнообразие шпона на лицевых сторонах.
7. Ограниченная доступность, высокая стоимость.
1. Гибкая фанера
2. Все внутренние слои шпона перпендикулярны наружным, что позволяет изгибать фанеру поперек волокон наружного слоя.
3. Основное применение в качестве основы при изготовлении мебели.
4. Листы толщиной 3 и 10 мм размером 1220×2440 мм. По заказу изготавливаются листы другой толщины.
5. Изгибается по малым радиусам без растрескивания, не требует распаривания или поперечных пропилов.
6. Благодаря повышенной гибкости позволяет делать закругленные углы и декоративные формы.
7. Не применяется для нагруженных конструкций.Качество шпона на лицевых сторонах не нормируется.
1. Всегда тщательно измеряйте толщину листовых материалов, прежде чем выбрать пазы или шпунты в смежных деталях. Например, толщина фанеры часто бывает на 0,3-0,8 мм меньше номинальной.
2. Распиливая листовые материалы на пильном станке, располагайте их лицевой стороной вверх, чтобы избежать сколов. При раскрое циркулярной пилой их следует располагать лицевой стороной вниз.
Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!
25. Алмазы
Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.
24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini
Фото: pixabay
В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!
23. Аэрографит
Фото: BrokenSphere
Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.
22. Палладиевое металлическое стекло
Фото: pixabay
Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.
21. Карбид вольфрама
Фото: pixabay
Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.
20. Карбид кремния
Фото: Tiia Monto
Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.
19. Кубический нитрид бора
Фото: wikimedia commons
Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.
18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)
Фото: Justsail
Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.
17. Титановые сплавы
Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)
Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.
16. Сплав Liquidmetal
Фото: pixabay
Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).
15. Наноцеллюлоза
Фото: pixabay
Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.
14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»
Фото: pixabay
Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.
13. Мартенситно-стареющая сталь
Фото: pixabay
Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.
12. Осмий
Фото: Periodictableru / www.periodictable.ru
Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.
11. Кевлар
Фото: wikimedia commons
Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.
10. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, марка волокон «Спектра» (Spectra)
Фото: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons
СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.
9. Графен
Фото: pixabay
Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!
8. Бумага из углеродных нанотрубок
Фото: pixabay
Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.
7. Металлическая микрорешетка
Фото: pixabay
Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.
6. Углеродные нанотрубки
Фото: User Mstroeck / en.wikipedia
Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.
5. Аэрографен
Фото: wikimedia commons
Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.
4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)
Фото: pixabay
Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.
3. Карбин
Фото: Smokefoot
Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!
2. Нитрид бора вюрцитной модификации
Фото: pixabay
Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.
1. Лонсдейлит
Фото: pixabay
Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.
В своей деятельности человек использует различные качества веществ и материалов. И совсем не маловажным является их крепость и надежность. О самых твердых материалах в природе и созданных искусственно пойдет речь в этой статье.
Общепринятый эталон
Для определения прочности материала используется шкала Мооса - шкала оценки твердости материала по его реакции на царапание. Для обывателя самый твердый материал - это алмаз. Вы удивитесь, но этот минерал всего лишь где-то на 10-м месте среди самых твердых. В среднем материал считают сверхтвердым, если его показатели выше 40 ГПа. Кроме того, при выявлении самого твердого материала в мире следует учитывать и природу его происхождения. При этом крепость и прочность часто зависят от воздействия внешних факторов на него.
Самый твердый материал на Земле
В данном разделе обратим внимание на химические соединения с необычной кристаллической структурой, которые намного прочнее алмазов и вполне могут его поцарапать. Приведем топ-6 самых твердых материалов созданных человеком, начиная с наименее твердого.
- Нитрид углерода - бора. Это достижение современной химии имеет показатель прочности 76 ГПа.
- Графеновый аэрогель (аэрографен) - материал в 7 раз легче воздуха, восстанавливающий форму после 90 % сжатия. Удивительно прочный материал, способный к тому же впитать количество жидкости или даже масла в 900 раз больше собственного веса. Этот материал планируется использовать при разливах нефти.
- Графен - уникальное изобретение и самый прочный материал во Вселенной. О нем ниже чуть подробнее.
- Карбин - линейный полимер аллотропного углерода, из которого делают супертонкие (в 1 атом) и суперпрочные трубки. Долгое время никому не удавалось построить такую трубку длиною более чем 100 атомов. Но австрийским ученым из Венского Университета удалось преодолеть этот барьер. Кроме того, если раньше карбин синтезировался в малых количествах и был очень дорогой, то сегодня появилась возможность синтезировать его тоннами. Это открывает новые горизонты для космотехники и не только.
- Эльбор (кингсонгит, кубонит, боразон) - это наноконструированное соединение, которое сегодня широко применяется в обработке металлов. Твердость - 108 ГПа.
- Фуллерит - вот какой самый твердый материал на Земле, известный человеку сегодня. Его прочность в 310 ГПа обеспечивается тем, что он состоит не из отдельных атомов, а из молекул. Эти кристаллы с легкостью поцарапают алмаз, как нож масло.
Чудо рук человеческих
Графен - еще одно изобретение человечества на основе аллотропных модификаций углерода. С виду - тонкая пленка толщиной в один атом, но в 200 раз прочнее стали, обладающая исключительной гибкостью.
Именно о графене говорят, что, чтобы его проткнуть, на кончике карандаша должен стоять слон. При этом его электропроводность выше кремния компьютерных чипов в 100 раз. Очень скоро он покинет лаборатории и войдет в повседневную жизнь в виде солнечных панелей, сотовых телефонов и чипов современных компьютеров.
Два очень редких результата аномалий в природе
В природе встречаются очень редкие соединения, которые обладают невероятной прочностью.
- Нитрид бора - вещество, кристаллы которого имеют специфическую вюрцитную форму. С приложением нагрузок соединения между атомами в кристаллической решетке перераспределяются, повышая прочность на 75 %. Показатель твердости - 114 ГПа. Образуется это вещество при вулканических извержениях, в природе его очень мало.
- Лонсдейлит (на главном фото) - соединение аллотропного углерода. Материал был обнаружен в воронке метеорита, считается, что он образовался из графита под воздействием условий взрыва. Показатель твердости - 152 ГПа. В природе встречается редко.
Чудеса живой природы
Среди живых существ на нашей планете есть такие, у которых имеется что-то совершенно особенное.
- Паутина Caerostris darwini. Нить, которую выделяет паук Дарвина, прочнее стали и тверже кевлара. Именно эта паутина была взята учеными НАСА на вооружение при разработке космических защитных костюмов.
- Зубы моллюска Морское блюдечко - их волокнистая структура сегодня изучается бионикой. Они настолько прочные, что позволяют моллюску отодрать водоросли, вросшие в камень.
Железная береза
Еще одно чудо природы - береза Шмидта. Ее древесина - самый твердый биологического происхождения. Растет она на Дальнем Востоке в заповеднике Кедровая Падь и внесена в Красную Книгу. Прочность сравнима с железом и чугуном. Но при этом не подвержена коррозии и гниению.
Повсеместному использованию древесины которую не пробивают даже пули, препятствует ее исключительная редкость.
Самый твердый из металлов
Это металл бело-голубого цвета - хром. Но его прочность зависит от его чистоты. В природе его содержится 0,02 %, что совсем не так мало. Добывают его из силикатных горных пород. Много хрома содержат и падающие на Землю метеориты.
Он коррозионностойкий, жаропрочный и тугоплавкий. Хром входит в состав многих сплавов (хромистая сталь, нихром), которые широко используются в промышленности и в антикоррозийных декоративных покрытиях.
Вместе прочнее
Один металл - это хорошо, но в некоторых сочетаниях возможно придание сплаву удивительных свойств.
Сверхпрочный сплав титана и золота - единственный крепкий материал, который оказался биосовместимым с живыми тканями. Сплав beta-Ti3Au настолько прочный, что его невозможно измельчить в ступке. Уже сегодня ясно, что это будущее различных имплантатов, искусственных суставов и костей. Кроме того, он может быть применен в буровом производстве, изготовлении спортивного снаряжения и во многих других областях нашей жизни.
Подобными свойствами может обладать и сплав палладия, серебра и некоторых металлоидов. Над этим проектом сегодня работают ученые института Калтека.
Будущее по 20 долларов за моток
Какой самый твердый материал уже сегодня может купить любой обыватель? Всего за 20 долларов можно купить 6 метров ленты Braeön. С 2017 года она поступила в продажу от производителя Дастина Маквильямса. Химический состав и способ производства хранятся в строгом секрете, но качества ее поражают.
Лентой можно скрепить абсолютно все. Для этого ее необходимо обмотать вокруг скрепляемых деталей, разогреть обычной зажигалкой, придать пластичному составу нужную форму и все. После остывания стык выдержит нагрузку в 1 тонну.
И твердый, и мягкий
В 2017 году появилась информация о создании удивительного материала - самого твердого и самого мягкого одновременно. Этот метаматериал изобрели ученые из Университета Мичиган. Им удалось научиться управлять структурой материала и заставлять его проявлять различные свойства.
Например, при использовании его для создания автомобилей при движении кузов будет обладать жесткостью, а при столкновении - мягкостью. Кузов абсорбирует энергию соприкосновения и защитит пассажира.
Легкий и прочный материал по весу, как алюминий, но почти в 25 раз более прочный за счет применения нанотрубок нитрида бора.
Описание:
композитный материал на основе алюминия. Он такой же легкий, как алюминий, но почти в 25 раз более прочный, что позволяет сопоставлять его со сталью . Упрочение производится при помощи нанотрубок нитрида бора.Нанотрубки из нитрида бора являются структурными аналогами углеродных нанотрубок . Нитрид бора (химическая формула: BN)- бинарное соединение бора и азота. Нитрид бора, так же как и углерод, может образовывать листы толщиной в один атом, которые скатываются в цилиндры для создания нанотрубок.
Нанотрубки нитрида бора. Масштабная линейка – 1 микрометр:
Виды композитов:
– нанокомпозиты, созданные путем напыления металла на нанотрубки;
– тонкая лента, которая выглядит как обычная алюминиевая, но в нее внедрены наноструктуры. Прочность этих структур превышает сталь в 50 раз.
Преимущества нанотрубок из нитрида бора:
– прямые, эластичные, их расположением легче управлять, добиваясь равномерной и соответственно более прочной текстуры материала;
– по сравнению с углеродными нанотрубками более стабильны при высоких температурах;
– могут быть использованы для экранирования нейтронного и ультрафиолетового излучения;
– обладают пьезоэлектрическими свойствами – могут генерировать электрический заряд при растяжении;
– нитрид бора химически пассивен, он слабо реагирует с кислотами и растворами.
Преимущества материала:
– техника, изготовленная с применением легкого и прочного материала, станет легче, сохранив при этом остальные важные качества;
– сокращение расхода топлива при перевозке деталей из легкого и прочного материала, увеличение дальности передвижения и объемов перевозимых грузов.
Легкий и прочный материал может применяться:
– в самолетостроении;
– в машиностроении;
– в строительстве разной степени сложности;
– в биомедицине и др.
