Попробуем разобраться, в чем суть дела и насколько революционна новая технология. Для этого достаточно заглянуть хотя бы в наш журнал более чем 25-летней давности. В «ЮТ» № 11 за 1980 г. мы писали: «Оператор нажал кнопку, и из отверстия форсунки с огромной скоростью полетела струя раскаленного металла. Она падает на движущуюся гладкую ленту, охлаждаемую жидким гелием, тотчас застывает тонкой серебристой пленкой и становится… стеклом! В конце конвейера пленка свертывается на катушке в рулон.
Так в одной из лабораторий Центрального научно-исследовательского института черной металлургии получают необыкновенный материал, который условно именуют «металлическим стеклом».
И далее мы рассказали, в чем принципиальная разница между обычным металлом и металлическим стеклом. У металлов по мере застывания их расплавов атомы выстраиваются в определенном порядке, образуя так называемую кристаллическую решетку определенных геометрических форм. А вот в стекле — и в расплавленном и застывшем — атомы разбросаны в хаотическом беспорядке, который ученые называют аморфным строением вещества.
И у стекла, и у металла есть свои достоинства и недостатки. Кристаллическая решетка, например, хороша только тогда, когда она идеальная. Такого, увы, на практике не бывает. Расчеты показывают: на каждые 15–20 тысяч атомов один гуляет, так сказать, сам по себе. Его место в узле кристаллической решетки всегда свободно.
Кроме того, сама решетка по разным причинам теряет строгую форму. Это резко ухудшает свойства металлов — реальная прочность их примерно в 1000 раз меньше, чем могла быть при идеальной кристаллической решетке. А что бы случилось с металлом, не будь у него вообще никакой кристаллической решетки?.. Впервые об этом ученые задумались довольно давно. Еще в 60-е годы XX века они нашли два основных способа получать из жидкого металлического расплава металл в твердом, но аморфном состоянии. Как осуществили сверхбыстрое замораживание расплавленного металла в ЦНИИчермете, мы уже описали выше. На мчащейся ленте, охлаждаемой жидким гелием, скорость затвердевания достигает миллиона градусов в секунду. Иначе говоря, металл застывает за тысячные доли секунды!
Но и этого бывает недостаточно! А потому в специальном конструкторском бюро Института металлургии РАН имени А.А.Байкова использовали другой способ. Расплавленный металл прямо из тугоплавкого тигля пускают в тончайший зазор между охлаждаемыми медными валками. Замораживание идет сразу с обеих сторон, потому и скорость охлаждения гораздо выше — миллионы градусов в секунду!
Механизм этого воздействия работает по принципу стоп-кадра в кино: только что все было в движении — и вдруг застыло в самых неожиданных позах. Так и здесь. Атомы, моментально застывая, не успевают выстроиться в кристаллическую решетку. Холод как бы примораживает их к месту в том положении, в котором они находились в расплаве.
Под микроскопом видно: металл превратился в аморфную массу.
От полученного металлостекла ожидали многого. Теоретики, например, полагали, что такому материалу может быть не страшна коррозия — ведь она начинается на поверхностных границах крохотных зерен-кристалликов, из которых состоит поверхность металла, вгрызается вглубь, постепенно разрушая структуру.
Действительность превзошла все ожидания. Да, у аморфного металла, как и предсказывали, уникальная коррозионная стойкость. Кузов автомобиля, сделанный из него, служил бы верой и правдой сотни лет без всяких смазок И покрытий. Кроме того, прочность металлостекла оказалась в десятки раз большей, чем у обычной стали! Оно вдобавок обладает замечательными магнитными свойствами, способностью к сверхпроводимости, у него очень малы потери энергии при перемагничивании…
Однако наряду с достоинствами у стеклометаллов обнаружились и свои недостатки. Они, к примеру, довольно хрупки — если нагрузка превысит определенный предел, могут сразу рассыпаться, подобно стеклу обычному.
А нельзя ли как-то соединить достоинства обоих классов материалов, оставив за скобками недостатки? Это и удалось сделать физикам Дармштадта. Недавно они получили материал, который обладает уровнем пластической деформации при комнатной температуре до 20 % (этим редко могут похвастать и многие из обычных металлов) и в то же время полным набором преимуществ стеклометалла. При деформации, например, такой материал повышает свою прочность, а не снижает ее, как обычно. Это очень удобно, скажем, при изготовлении детали штамповкой или ковкой. Берете довольно мягкую заготовку, а из-под штампа выходит гораздо более твердая и прочная деталь.