Diament wciąż pozostaje wzorcem twardości i jest używany w różnych metodach pomiaru mechanicznej twardości materiałów (metody Rockwella, Vickersa, Mohsa). Jednak istnieją materiały nie tylko porównywalne pod względem twardości z diamentem, ale również przewyższające go w tej charakterystyce. Polimeryzowany fulerit to najtwardsza substancja znana nauce na ten moment. Fulerit pozostawia rysy na powierzchni diamentu jak na plastiku. Lonsdeleit może być twardszy od diamentu. Wysoką twardość lonsdeleitu nadaje mechanizm, który działa przy wurtzytowym azotku boru. Azotek boru z wurtzytową (gęstą heksagonalną) strukturą krystaliczną jest twardszy, niż się wydaje. Twardość materiału wzrasta o 78%.
Twardość różnych materiałów
| Materiał | Twardość (GPa) |
|---|---|
| Kubonit | 80-90 |
| Nanostrukturyzowany kubonit | do 108 |
| Sześcienna modyfikacja BC2N | 76 |
| Węglik boru | do 72 |
| Mikrotwardość stopy bor-węgiel-krzem | 70 |
| Cienkie filmy AlMgB14 | do 51 |
| Diborid renia | 48 |
| Monokryształy podtlenku boru | 45 |
Unikalne właściwości kubonitu są szeroko wykorzystywane w przemyśle. Twardość kubonitu jest zbliżona do diamentowej i wynosi 80-90 GPa. Naukowcy udowodnili, że nanostrukturyzacja kubonitu może zwiększyć jego twardość do 108 GPa. Sześcienna modyfikacja BC2N wykazuje twardość 76 GPa. Węglik boru może być znacznie wzmocniony, do 72 GPa. Stopy na bazie systemu bor-węgiel-krzem charakteryzują się wysoką mikrotwardością, sięgającą 70 GPa. Cienkie filmy AlMgB14 wykazują mikrotwardość do 51 GPa. Diborid renia wykazuje twardość 48 GPa. Przy zwiększeniu obciążenia wartość twardości diboridu renia gwałtownie spada. Podtlenek boru jest zdolny do tworzenia ziaren w formie ikozaedrów. Twardość monokryształów podtlenku boru wynosi 45 GPa.
Zastosowanie Kevlaru
Kevlar i jest tą tkaniną, która istnieje obecnie. Kevlar składa się z syntetycznego włókna aramidowego, wytrzymałość której jest pięć razy większa niż stali. Tkaninę opracowali Amerykanie w 1965 roku. Zadziwiające, że przy swojej niewielkiej wadze, materiał jest odporny na różne oddziaływania. Jest termoodporny, niepalny. Kevlar często stosuje się w szyciu specjalnej odzieży, a także w celu zwiększenia właściwości ochronnych w produkcji środków ochronnych. Zadziwiający materiał cieszy się dużym zainteresowaniem.
Oprócz tego, tkanina znajduje zastosowanie w produktach wymagających maksymalnej odporności na zużycie. Na przykład:
- narty alpinistyczne
- hełmy
- liny
- narty ze specjalną odzieżą
Unikalna tkanina jest stosowana w materiałach kompozytowych, produkcji kamizelek kuloodpornych. Już w 1970 roku z powodu wytrzymałości tkaniny ustalono, że jest zdolna do wytrzymywania uderzeń od kalibrów 22 do 38. Jednak jeśli na materiał będą działać określone czynniki, unikalne właściwości znacznie się zmniejszą. Jednymi z takich czynników mogą być: woda, wybielacze, chemiczne czyszczenie oraz promienie ultrafioletowe. Naukowcy pracują nad eliminacją wad tkaniny za pomocą eksperymentów i opracowań, które w przyszłości uczynią tę tkaninę uniwersalną.
10 najmocniejszych materiałów
- IRID
- RUTEN
- TANTAL
- CHROM
- BERYL
- OSM
- REN
- WOLFRAM
- URAN
- TYTAN
Jaki jest najmocniejszy materiał we Wszechświecie?
Naukowcy obliczyli najmocniejszy materiał we Wszechświecie – 10 mld razy mocniejszy od stali. Badacze wyliczyli właściwości substancji, która pretenduje do miana najmocniejszej we Wszechświecie. To skupiska materii jądrowej, znajdujące się pod powierzchnią gwiazd neutronowych. Gwiazdy neutronowe powstają po tym, jak gwiazda-przodkini eksploduje, pozostawiając bogaty w neutrony resztę. Jest ona skompresowana do ekstremalnych ciśnień, co prowadzi do pojawienia się substancji o dziwacznych właściwościach. Kilometr pod powierzchnią gwiazdy jądra atomowe są upakowane tak ciasno, że łączą się w tzw. materię jądrową — mieszaninę protonów i neutronów.
Ta substancja przyjmuje różne formy, od kropli i arkuszy po rurki przypominające spaghetti. Gęstość materii jądrowej jest tak wielka, że syntezowanie i badanie takiego materiału w laboratorium jest niemożliwe. Zamiast tego naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe. Stworzyli model arkusza materii jądrowej i próbowali go deformować, zamieniając w rurkę. Naukowcom od dawna wiadomo, że zewnętrzna skorupa gwiazd neutronowych jest znacznie mocniejsza od stali. Jednak według nowych badań wewnętrzna skorupa zawiera jeszcze mocniejsze materiały. Do zniszczenia "jądrowego spaghetti" potrzebna była siła 10 mld razy większa niż do zniszczenia stali. Badacze mają nadzieję kiedyś odkryć rzeczywiste dowody właściwości materii jądrowej. Do tego można wykorzystać fale grawitacyjne — zmarszczki w czasoprzestrzeni, które emitują gwiazdy neutronowe. Analiza takich fal pozwoli sądzić o wewnętrznej strukturze gwiazdy.
Ultrawytrzymałe materiały rodzą się nie tylko w głębi umierających gwiazd, ale także w laboratoriach naukowych. Wśród nich "stop przyszłości", łączący magnez z pierwiastkami ziem rzadkich. Przez około dekadę był utajniony i wykorzystywany tylko w przemyśle wojskowym. Teraz otwarta jest droga do jego szerokiego zastosowania.
Granica wytrzymałości materiałów
| Materiał | Granica wytrzymałości (MPa) |
|---|---|
| Ren | 1350 |
| Irid | 1670 |
| Wolfram | 1200 |
| Tytan | 600 |
| Nikiel | 400 |
| Żelazo | 250 |
| Stal wanadowa | 5200 |
Ren i irid zajmują czołowe pozycje pod względem wytrzymałości, co czyni je niezastąpionymi w technice, gdzie wymagana jest maksymalna odporność na wysokie temperatury i obciążenia mechaniczne. Kevlar jest zdolny wytrzymywać obciążenia 8 razy większe niż stalowy przewód, a topi się w temperaturze 450°C. Włókna kevlaru charakteryzują się wysokim poziomem mechanicznej wytrzymałości w zakresie od 2700 do 5400 MPa.