Nietzsche óta tudjuk, hogy „ami nem öl meg, az megerősít”. A Spiegel Online híradása szerint ez átvitt értelemben igaz például a rézre is, erre a közismerten hajlékony, jól alakítható fémre is. Amerikai és svájci tudósoknak ugyanis sikerült úgy módosítaniuk a réz kristályos szerkezetét, a fémet alkotó apró szemcsék, a krisztallitok szerkezetét és elhelyezkedését, hogy keménysége jelentősen nőtt.
Minél több a kristályhiba, annál keményebb a réz
A szilárd fémek mikrokristályos rácsszerkezetűek, a szabályosat megközelítő szerkezetük miatt, a tér három irányába kiterjedő kristályosodásuk miatt, általában köbös kristályokat alkotnak. Ezen belül a réz az úgynevezett lapcentrált köbös térszerkezetű alcsoportba tartozik, akárcsak például a nikkel és az alumínium, de az ezüst és az arany is ilyen szerkezetű. A fémek szabálytalan kristályokból, úgynevezett krisztallitokból (akár mikroszemcséknek is nevezhetnénk ezeket) állnak. Ezek a krisztallitok szövetszerűen kapcsolódnak egymáshoz. (Az egész fémstruktúrát nevezik szemcsés krisztallit-szövedéknek is.)
A amerikai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium kutatói lézersugárral váltottak ki lökéshullámokat a krisztallitokból álló szövedékben, egész pontosan lézerrel bombáztak egy rézlemezt. Az Eduardo Bringa által vezetett kutatócsoportnak sikerült elérnie, hogy a fémet felépítő szabálytalan kristályokban további hibák keletkezzenek, s ezek a szabálytalan kristályalakzatok, a krisztallitok jobban egymásba fonódjanak, ezáltal pedig az egész fémet keményebbé tegyék.
A régi módszer hátrányai
A fémek egyébként rendkívül sok ilyen kristályos szemcséből állnak, amelyek a milliméter ezredrészétől a milliomodrészéig terjedő méretűek. Ezek az apró krisztallitok nem tökéletesek. Az anyaghibák például a fém meghajlásakor továbbvándorolnak, méghozzá az egyes szemcsék felületére. Ha elérik a krisztallitok felületét, akkor további hajlítás már nem lehetséges.
Az anyagkutatók mindeddig úgy növelték a fémek keménységét, hogy csökkentették a bennük lévő szemcsék átmérőjét. A hibák így gyorsabban a felszínre jutottak. Így a hajlítás korábban lefékeződik, vagyis a fém keményebbé vált. Ugyanakkor ennek a módszernek hátránya az, hogy ha túl kicsik lesznek a krisztallitok, akkor megintcsak meglágyul a fém: ilyenkor ugyanis válhatnak már olyan parányivá is a kristályok, hogy maguktól elkezdhetnek vándorolni, a belső feszültségek miatt.
Repülőgépeknél és reaktoroknál lehet fontos a felfedezés
Az új „sokkterápia”, vagyis a lökéshullámok kiváltása viszont más irányba terelheti a kutatást. A lézersugár ugyanis további defektusokat kelt a fémben, ezek a krisztallitok szélén jelentkeznek, amelyek lehetővé teszik a szemcsék szorosabb összekapcsolódását. Az anyag így sokkal keményebb lesz. A lézer-impulzus révén a kutatók a réznél például 10-20 százalékos javulást értek el, már ami a keménységet illeti. Persze mindez csak laboratóriumi körülmények között történt, és egészen apró mennyiségre nézve volt sikeres: mindössze egyetlen köbmilliméternyi rezet sikerült „bekeményíteniük”.
A tudósok szerint módszerüknek komoly előnyei lehetnek a repülőgépgyártásban, a reaktorépítésben és a hadiiparban. Ezeken a területeken nagy szükség van a kemény anyagokra. Ugyanakkor a tudósok maguk sem biztosak abban, hogy módszerük ipari mértekben is megvalósítható-e, illetve, hogy alkalmazása mennyire drágítja meg a termelést.
Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
