Вчені з Національного інституту стандартів і технологій США (NIST) зробили важливе відкриття у сфері матеріалознавства. Вони виявили, що квазікристали зміцнюють метали. Ця незвичайна форма кристалічної структури значно підвищує міцність алюмінію, надрукованого на 3D-принтері. Відкриття допоможе в створенні легких та надміцних деталей, зокрема для аерокосмічної галузі.
Квазікристали та їхні особливості
На відміну від традиційних кристалів, які мають чітко впорядковану й повторювану атомну структуру (як-от кухонна сіль), квазікристали створюють візерунки, що ніколи не повторюються, хоча й заповнюють простір без проміжків.
У металах, де атоми впорядковані в ідеальні кристали, вони легко прослизають один повз одного під навантаженням. Це і є причиною деформацій – вигинання, розтягнення або розриву. Але квазікристали порушують цю впорядкованість, створюючи атомні дефекти, які ускладнюють рух атомів. Таким чином, алюміній стає значно міцнішим.
Цей ефект особливо важливий у контексті 3D-друку металів, де матеріали проходять екстремальні температурні цикли. Наприклад, лазери під час друку піднімають температуру вище точки кипіння алюмінію – 2470°C, що значно впливає на внутрішню структуру сплаву.
Ще у 2017 році дослідники з HRL Laboratories та Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі продемонстрували, що додавання цирконію до алюмінієвої пудри дозволяє уникнути тріщин у надрукованих деталях, створюючи високоміцний сплав. Але чому саме це працює, залишалося незрозумілим.
Саме це питання й зацікавило команду NIST. Застосовуючи передові методи аналізу на атомному рівні, дослідник Ендрю Іамс виявив квазікристали в 3D-друкованому алюмінієво-цирконієвому сплаві, відкриваючи тим самим пояснення унікальної міцності нового матеріалу.
Це відкриття може кардинально змінити підхід до дизайну нових матеріалів, не лише для авіації, а й для автомобілебудування, будівництва, медицини та інших галузей, де потрібні легкі, але надзвичайно міцні матеріали.