Japan þróar fínkornað áloxíðkeramik, sem eykur styrk sinn um 30%

** Titill: „Japan býr til afar sterkt keramik: 30% sterkara en nokkru sinni fyrr“ **.

(Japan þróar fínkornað áloxíðkeramik, sem eykur styrk sinn um 30%)

Ímyndaðu þér efni sem er sterkara en stál, léttara en flestir stáltegundir og getur þolað mikinn hita án þess að skaða svita. Nú sjáum við fyrir okkur vísindamenn í Japan gera þessa vöru enn sterkari – um heil 30%. Þetta er ekki vísindaskáldskapur. Þetta er raunverulegt og það er að gerast núna með fínkornuðu áloxíð postulíni.

Áloxíðkeramik er ekki nýtt af nálinni. Það er þegar notað í allt frá skotheldum gluggum til farsímaskjáa. En það hefur alltaf verið einhver galli. Þótt það sé sterkt og hitaþolið geta það verið veikt. Ef þú lendir í keramikkaffibolla brotnar það. Færðu það upp í iðnaðarhluta og brothættni getur verið stórt vandamál.

Japanskir ​​vísindamenn ákváðu að takast á við þetta mál af fullum krafti. Þeir einbeittu sér að örbyggingu efnisins. Venjulegt áloxíðpostulín hefur korn – litla kristalla – sem líkjast óreglulegum steinum í steypu. Undir áhyggjum dreifast sprungur þægilega á milli þessara óreglulegu korna. Teymið spurði: Hvað gerist ef við gerum þessi korn ótrúlega lítil og fullkomlega stór?

Lausnin kom með glænýrri framleiðsluaðferð. Með því að stjórna hitastigi, álagi og efnasamsetningu nákvæmlega, framleiddu þeir áloxíðpostulín með kornum sem voru 100 sinnum minni en venjulega. Hugsið ykkur sykurkorn á móti sandi. Þessi örfínu korn þjappast vel saman og skilja ekki eftir veikleika fyrir sprungur. Niðurstaðan? 30% aukning í styrk samanborið við hefðbundið áloxíð.

Þetta snýst ekki um að búa til kaffibolla í praktík. Sterkara postulín gæti breytt mörkuðum. Þotuhreyflar, til dæmis, starfa við hitastig sem bræða stál. Keramikhlutir gætu gert vélar léttari og sparneytnari. Klínískar ígræðslur eins og manngerðir liðir gætu enst áratugi í stað ára. Einnig gæti rafeindatækni hagnast, með þynnri og harðari íhlutum.

Framleiðsluferlið sjálft er sigur. Eldri aðferðir kröfðust mjög hás hitastigs eða dýrra aukefna. Nýja aðferð Japans notar einfaldari skref, næstum eins og að baka flókna köku. Blandið áloxíðdufti saman við sérstök efni, þrýstið því í form og „undirbúið“ það síðan undir ákveðnum kringumstæðum. Kornin þenjast út lítil og einsleit, engin töfrabrögð nauðsynleg.

En bíðið nú við – það er meira. Þessi postulínsefni halda öðrum ofurkraftum sínum. Þau ryðþola enn, verja rafmagn og þola hitastig yfir 1,500°C. Nú er einfaldlega erfiðara að brjóta þau. Fyrir verksmiðjur sem nota keramikverkfæri þýðir þetta minni skipti. Fyrir verkfræðinga sem hanna eldflaugar eða virkjara opnar þetta dyr að öruggari og léttari hönnun.

Hvað næst? Teymið er nú að prófa efnið í raunverulegum aðstæðum. Fyrstu prófanir sýna að það þolir titring, óvæntar hitabreytingar og mikið álag. Næstu skref eru meðal annars að auka framleiðslu og lækka kostnað. Ef þeim gengur vel gætum við séð þetta ofurkeramik í daglegum vörum innan árs.

Gagnrýnendur gætu sagt að 30% aukning á seiglu virðist lítil. En í efnisfræði geta jafnvel 5% gjörbreytt öllu. Hugsaðu um það eins og að skipta úr hjóli í mótorhjól. Báðir eru með hjól, en annar þeirra fer miklu betur og miklu hraðar.

Nýsköpun Japans þýðir einnig stærri tækifæri. Ef breyting á kornstærð getur breytt áloxíði, hvað þá með önnur postulín? Kísillnítríð? Sirkonoxíð? Sama aðferð gæti einnig opnað fyrir öflugri útgáfur af þessum efnum. Skyndilega lítur framtíð alls frá geimskutlum til tannkrónna miklu bjartari út.

(Japan þróar fínkornað áloxíðkeramik, sem eykur styrk sinn um 30%)

Í bili beinist þó athyglin að áloxíði. Þetta einfalda efni, sem notað var síðan á 1800. öld, fékk nýlega nútímalega endurgerð. Og þökk sé snjöllum vísindalegum rannsóknum er það tilbúið að takast á við áskoranir sem við höfum ekki einu sinni ímyndað okkur ennþá.