Wissenschaftler blasen heiß und kalt, um einkristallines Metall zu produzieren

Wissenschaftler blasen heiß und kalt, um einkristallines Metall zu produzieren

Eine neue Heizmethode für bestimmte Metalle könnte zu verbesserten erdbebensicheren Baustoffen führen.

Ein japanisches Team unter der Leitung von Forschern der Tohoku Universität hat eine kostengünstige Möglichkeit gefunden, die Eigenschaften einiger "Formgedächtnis" -Metalle zu verbessern, die für ihre Fähigkeit bekannt sind, nach Verformung in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Das Verfahren könnte den Weg für die Massenproduktion dieser verbesserten Metalle für eine Vielzahl von Anwendungen ebnen, einschließlich erdbebenresistenter Baumaterialien.

Die meisten Metalle bestehen aus einer großen Anzahl von Kristallen. In einigen Fällen verbessern sich jedoch die Eigenschaften von Metallen, wenn sie aus einem Einkristall gebildet werden, aber einkristalline Metalle sind teuer in der Herstellung.

Die Forscher haben nun eine billigere Produktionsmethode entwickelt, bei der ein Phänomen ausgenutzt wird, das als "anormales Kornwachstum" bekannt ist. Bei dieser Methode wachsen die "Körnchen" oder Kristalle eines Metalls unregelmäßig, einige auf Kosten anderer, wenn sie der Hitze ausgesetzt sind.

Die Technik des Teams verwendet mehrere Erhitzungs- und Abkühlzyklen, um das Wachstum eines einkristallinen Metallstabs mit einer Länge von 70 cm und einem Durchmesser von 15 mm zu induzieren, der im Vergleich zu den Größen der derzeitigen Formgedächtnislegierungsstäbe sehr groß ist. Dies macht es für Anwendungen im Hoch- und Tiefbau geeignet, sagt Toshihiro Omori von der Tohoku University, der leitende Forscher der Studie.

Um den großen einkristallinen Metallstab herzustellen, wird eine Metalllegierung auf 900 ° C erhitzt und dann fünfmal auf 500 ° C abgekühlt. Diesem folgen vier Heizzyklen auf 740 ° C und dann ein Abkühlen auf 500 ° C. Schließlich wird das Metall ein letztes Mal auf 900 ° C erhitzt. Alle diese Heiz- / Kühlzyklen sind erforderlich, um das einkristalline Metall zu erzeugen.

Die von den Forschern verwendete Legierung, die aus Kupfer, Aluminium und Mangan besteht, ist ein bekanntes Formgedächtnismetall, das mit Maschinen leicht zu schneiden ist. Durch die Vergrößerung der Metallkristalle wird die Elastizität des Metalls drastisch erhöht. Durch die Veränderung der Form wird das Metall sehr stark. Mit diesen kombinierten Eigenschaften könnte sich das Metall für den Bau von Strukturen, die Erdbeben widerstehen können, als nützlich erweisen.

"Da die vorliegende Technik aufgrund der Einfachheit des Verfahrens für die Massenproduktion von Einkristallen vorteilhaft ist, eröffnet diese Erkenntnis den Weg für Anwendungen von Formgedächtnis-Einkristallen für Strukturmaterialien, wie für seismische Anwendungen in Gebäuden und Brücken", schlussfolgern die Forscher in einem Papier zu dieser Arbeit in Nature Communications.