Первая находка квазикристаллов в 3D-печатном алюминиевом сплаве открывает путь к новым технологиям
Ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST) США сделали прорывное открытие в области материаловедения, обнаружив квазикристаллы в алюминиевом сплаве, созданном с помощью технологии 3D-печати. Эта находка имеет потенциал коренным образом изменить производство высокотехнологичных деталей, используемых в авиации, автомобилестроении и других отраслях.
Как отмечается в исследовании, опубликованном в Journal of Alloys and Compounds, квазикристаллы представляют собой исключительные атомные структуры, обладающие уникальными свойствами, которые усиливают некоторые металлические сплавы. Инженер-материаловед Эндрю Ямс, изучая алюминиево-циркониевый сплав, впервые заметил странные узоры, характерные для квазикристаллов. Их структура оказалась icosahedral, или икосаэдрической, что делает материал значительно более прочным, чем стандартные алюминиевые сплавы.
Квазикристаллы, которые были случайно обнаружены более тридцати лет назад Дэном Шехтманом, представляют собой атомные структуры, которые не повторяются. В отличие от традиционных кристаллов, квазикристаллы имеют уникальную симметрию, что затрудняет их понимание и применение. Исследователи NIST смогли подтвердить наличие квазикристаллов в своем образце, продемонстрировав, что эти структуры создают дефекты, которые усиливают металл, уменьшая вероятность его разрушения.
Анализ показал, что квазикристаллы в сплаве образуют дефекты, направленные на устранение слабых мест обычных кристаллов, что значительно улучшает механические свойства материала. Это открытие особенно важно для изготовления легких, прочных деталей, таких как топливные форсунки для самолетов, которые обычно подвержены трещинам при традиционных методах производства.
Изначально квазикристаллы считались невозможными с точки зрения кристаллохимии, однако их обнаружение в 3D-печатных алюминиевых сплавах может стать основным моментом в инженерной практике. Известно, что использование 3D-печати позволяет создавать конструкции, которые невозможно изготовить традиционным способом, предоставляя инженерам возможность конструировать детали, оптимизированные под вес и прочность.
По данным, опубликованным в Journal of Alloys and Compounds, находка квазикристаллов в сплаве имеет возможность не только улучшить прочностные характеристики деталей, но и значительно уменьшить их вес. Методы аддитивного производства позволяют инженерам достигать до 25% снижения веса компонента, и введение квазикристаллов может открыть новые горизонты в этой области.
Физик NIST Фань Чжан подчеркивает, что данное открытие сконцентрирует внимание на новом подходе к проектированию металлических сплавов. С помощью квазикристаллов возможно создание ценных конструкционных материалов, которые позволят улучшить производительность высокотехнологичных устройств, обеспечивая надежность и легкость, необходимые в сегодняшнем быстро развивающемся мире.
Таким образом, открытие квазикристаллов в алюминиевом сплаве, созданном с помощью 3D-печати, является важным шагом вперед в материаловедении и может запустить новую волну инноваций в производстве высокотехнологичных деталей. Это открытие продемонстрировало, как современные технологии могут помочь раскрыть потенциалы и способы обеспечения прочности и эффективности в промышленности.
