Japani kehittää erittäin hienorakeista alumiinioksidikeramiikkaa, joka lisää lujuutta 30 %

** Otsikko: ”Japani valmistaa erittäin kestävää keramiikkaa: 30 % vahvempaa kuin koskaan ennen”**.

(Japani kehittää erittäin hienorakeista alumiinioksidikeramiikkaa, jonka lujuus kasvaa 30 %)

Kuvittele materiaali, joka on terästä kovempi, useimpia teräksiä kevyempi ja kestää kovaa kuumuutta vahingoittamatta hikeä. Kuvittele nyt japanilaiset tutkijat, jotka tekevät tästä tuotteesta vieläkin vahvemman – peräti 30 %. Tämä ei ole scifiä. Se on totta, ja se tapahtuu nyt ultrahienojen alumiinioksidiposliinien kanssa.

Alumiinioksidikeraamit eivät ole upouusi keksintö. Niitä käytetään jo kaikessa luodinkestävistä ikkunoista matkapuhelinten näyttöihin. Mutta aina on ollut yksi ongelma. Vaikka ne ovat kestäviä ja kuumuutta kestäviä, ne voivat olla heikkoja. Jos niihin kaadetaan keraaminen kahvimuki, se särkyy. Se vaihtelee teollisuuskomponenttien ympärillä, ja hauraudesta tulee suuri ongelma.

Japanilaiset tiedemiehet päättivät tarttua tähän ongelmaan suoraan. He keskittyivät materiaalin mikrorakenteeseen. Tavallisissa alumiinioksidiposliinissa on rakeita – pieniä kiteitä – jotka muistuttavat epäsäännöllisen kokoisia kiviä betonissa. Pahoinpitelyn aikana halkeamat leviävät kätevästi näiden epäsäännöllisten rakeiden väliin. Tiimi kysyi: Mitä tapahtuu, jos teemme näistä rakeista uskomattoman pieniä ja täydellisen kokoisia?

Ratkaisu löytyi upouuden valmistusmenetelmän kautta. Säätelemällä huolellisesti lämpötilaa, rasitusta ja kemiallisia ainesosia he loivat alumiinioksidiposliinia, jonka rakeet olivat 100 kertaa normaalia pienempiä. Ajattele sokerirakeita verrattuna hiekkaan. Nämä ultrapienet rakeet kuormittuvat tiiviisti, eivätkä ne jätä heikkoja kohtia halkeamien syntymiselle. Tulos? 30 %:n parannus kestävyydessä verrattuna perinteiseen alumiinioksidiin.

Käytännössä tämä ei tarkoita kiinteiden kahvikuppien valmistusta. Vahvemmat posliinit saattavat muuttaa markkinoita. Esimerkiksi suihkumoottorit toimivat lämpötiloissa, jotka sulattavat terästä. Keraamiset komponentit voisivat tehdä moottoreista kevyempiä ja polttoainetehokkaampia. Kliiniset implantit, kuten keinotekoiset nivelet, voisivat kestää vuosikymmeniä vuosien sijaan. Myös elektroniikka voisi hyötyä ohuemmista ja kovemmista komponenteista.

Tuotantoprosessi itsessään on voitto. Vanhemmat menetelmät vaativat erittäin korkeita lämpötiloja tai kalliita lisäaineita. Japanin uusi menetelmä käyttää helpompia vaiheita, lähes kuin hienostuneen kakun leipominen. Sekoita alumiinioksidijauhe eri ainesosien kanssa, purista se muotoon ja "valmistele" se sitten tietyissä olosuhteissa. Jyvät laajenevat pieniksi ja tasaisiksi, taikoja ei tarvita.

Mutta odota – tässä on enemmän. Nämä posliinit säilyttävät muut supervoimansa. Ne kestävät edelleen ruostetta, suojaavat sähköä ja kestävät yli 1,500 XNUMX °C:n lämpötiloja. Nyt niitä on yksinkertaisesti vaikeampi rikkoa. Keraamisia työkaluja käyttäville tehtaille tämä tarkoittaa vähemmän vaihtoja. Raketteja tai aktivaattoreita suunnitteleville insinööreille se avaa ovia turvallisempiin ja kevyempiin ratkaisuihin.

Mitä seuraavaksi? Tiimi testaa parhaillaan materiaalia todellisissa tilanteissa. Alustavat testit osoittavat, että se kestää tärinää, odottamattomia lämpötilan muutoksia ja suuria kuormia. Seuraaviin vaiheisiin kuuluu valmistuksen skaalaaminen ja kustannusten alentaminen. Jos he menestyvät, voimme nähdä näitä superkeraamisia tuotteita arkipäivän tuotteissa vuoden kuluessa.

Kriitikot saattaisivat sanoa, että 30 prosentin lujuuden lisäys tuntuu pieneltä. Materiaalitieteessä jo 5 prosenttia voi kuitenkin olla mullistava. Ajattele sitä kuin vaihtaisit polkupyörästä moottoripyörään. Molemmissa on pyörät, mutta toinen vie sinut paljon paremmin ja nopeammin.

Japanin innovaatio tarkoittaa myös suurempia mahdollisuuksia. Jos raekoon säätäminen voi muuttaa alumiinioksidia, entä sitten muut posliinit? Piinitridi? Zirkoniumoksidi? Sama menetelmä voisi avata myös näiden materiaalien tehokkaampia versioita. Yhtäkkiä kaiken, avaruussukkuloista hammaskruunuihin, tulevaisuus näyttää paljon valoisammalta.

(Japani kehittää erittäin hienorakeista alumiinioksidikeramiikkaa, jonka lujuus kasvaa 30 %)

Tällä hetkellä huomio on kuitenkin alumiinioksidissa. Tämä vaatimaton materiaali, jota on käytetty 1800-luvulta lähtien, on juuri saanut modernin kunnostuksen. Ja älykkään tieteellisen tutkimuksen ansiosta se on valmistautunut kohtaamaan haasteita, joista emme ole edes unelmoineet.