Какой материал самый прочный: самые прочные и твердые материалы, известные науке

автор alexxlab

Содержание

самые прочные и твердые материалы, известные науке

Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!

25. Алмазы

Фото: pixabay

Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.

24.

Ловчие сети паука вида Caerostris darwini

Фото: pixabay

В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!

23. Аэрографит


Фото: BrokenSphere

Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.

22. Палладиевое металлическое стекло

Фото: pixabay

Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.

21. Карбид вольфрама

Фото: pixabay

Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.

20. Карбид кремния

Фото: Tiia Monto

Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.

19. Кубический нитрид бора

Фото: wikimedia commons

Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.

18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)

Фото: Justsail

Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.

17. Титановые сплавы

Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew. de)

Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

16. Сплав Liquidmetal

Фото: pixabay

Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).

15. Наноцеллюлоза

Фото: pixabay

Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле.

Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.

14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»

Фото: pixabay

Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.

13. Мартенситно-стареющая сталь

Фото: pixabay

Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.

12. Осмий

Фото: Periodictableru / www.periodictable.ru

Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.

11. Кевлар

Фото: wikimedia commons

Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.

10. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, марка волокон «Спектра» (Spectra)

Фото: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons

СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.

9. Графен

Фото: pixabay

Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!

8. Бумага из углеродных нанотрубок

Фото: pixabay

Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.

7. Металлическая микрорешетка

Фото: pixabay

Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.

6. Углеродные нанотрубки

Фото: User Mstroeck / en.wikipedia

Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.

5. Аэрографен

Фото: wikimedia commons

Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.

4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)

Фото: pixabay

Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.

3. Карбин

Фото: Smokefoot

Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!

2. Нитрид бора вюрцитной модификации

Фото: pixabay

Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.

1. Лонсдейлит

Фото: pixabay

Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.

Какой металл самый прочный? Виды, классификация и применение

Металлы всегда играли значительную роль в развитии материальной культуры человеческого общества. Сегодня человечеству известны 118 химических элементов, из них 96 – металлы. Все они, за исключением ртути, в естественном природном состоянии находятся в твердом виде и характеризуются разной твердостью, хорошо проводят электрический ток. Если единственный жидкий из них – ртуть, то какой металл самый прочный?

Самые прочные металлы в мире

Все относительно, в том числе и анализ прочности материалов. Сравнения нужно проводить по единым критериям, при соблюдении одинаковых условий. Сделать это практически невозможно. Ту же относительную твердость можно рассматривать как по шкале Мооса, так и по методам Бринелля, Виккерса, Шора и пр. Существует еще ряд параметров, позволяющих произвести сравнительный анализ различных материалов. Оценивать, какой самый крепкий металл в мире, нужно с учетом:

  • прочности – способности металлов сопротивляться внешним воздействиям без разрушения и необратимого изменения формы. С учетом условий применения (высокие и низкие температуры, ударные нагрузки, повышенный временной ресурс) и вида напряженного состояния (изгиб, сжатие, растяжение) профессионалы учитывают разные критерии прочностных характеристик: предел прочности, временное сопротивление, предел усталости, относительное удлинение, длительная прочность и пр.;
  • предела прочности – параметра, характеризующего сопротивление значительным пластическим деформациям и выражающий максимальную нагрузку при растяжении, после приложения которой начинается разрушение металла с последующим разделением целого изделия на части. Данный параметр также иногда называют временным сопротивлением разрушению;
  • предела текучести – механической характеристики, выражающая напряжение металла, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки. Данный параметр также часто выступает базовым критерием прочностных характеристик;
  • твердости – сопротивления металлов вдавливанию. Данный параметр не является физической постоянной, так как он зависит от прочности, пластичности и изменений в структуре металла. При изменении температуры, а также после различной термической и механической обработки величина твердости меняется в том же направлении, что и предел текучести.

Металлопрокат на складе

От чего зависит прочность металлов?

Если понятие «надежность» свойственно для характеристик готовых конструкций, сооружений или изделий, то металлы или их сплавы должны быть заведомо прочными, стойким к охрупчиванию и трещинообразованию. Иначе любые изделия, агрегаты и объекты, созданные с их применением, не смогут быть надежными при эксплуатации. Какие же тогда самые прочные металлы и сплавы? Здесь однозначного ответа нет, а вопрос не совсем некорректен, так как в каждой отрасли в него вкладывают особый смысл. Например, для рабочих элементов спецтехники важна абразивная износостойкость и стойкость к ударным нагрузкам, для атомной энергетики самый прочный металл – тот который сохраняет свои свойства под воздействием α-, β- и ϒ-излучения, а для инструмента используются материалы повышенной твердости. И если прочность и надежность металлов зависит от количества примесей, вязкости, предельной и начальной прочности, то на прочность сталей влияет структура ее металла и химический состав.

Высокая прочность сталей достигается обеспечением мелкозернистой структуры, так как при мелком зерне вследствие различного направления плоскостей скольжения в отдельных зернах затруднено образование сплошных плоскостей скольжения. К тому же наличие многочисленных границ препятствует скольжению из-за несовершенства кристаллической решетки на границах зерен. Таким образом, измельчение зерна повышает сопротивление отрыву, минимизирует стойкость к трещинообразованию и увеличивает параметры ударной вязкости.

Вольфрам

На земном шаре самый прочный металл, обладающий невероятной устойчивостью к коррозии и демонстрирующий высокую тугоплавкость. Хоть он и мало распространен в недрах, часто входит в состав инструментальных и самых тугоплавких сплавов.

Свойства

Из-за светло-серого цвета вольфрам похож на сталь. Физические и химические свойства позволяют использовать его для легирования сплавов и сталей, так как он тормозит рост зерен аустенита, снижает чувствительность к охлаждению после высокого отпуска и резко уменьшает высокотемпературную отпускную хрупкость. Другие физические свойства:

Параметр

Единицы измерения

Значение

Температура

плавления

°С

3422

кипения

°С

5900

Жидкотекучесть

мм

100

Относительное удлинение

%

1

Твердость

кгс/мм2

350

Плотность

г/ см3

19,3

Коэффициенты

линейного термического расширения (10 в минус 6)

м/мК

 

4,32

Пуассона

 

0,29

Относительное сужение

%

–

Вольфрам (W) имеет наименьший коэффициент линейного расширения, что объясняется постоянством атомной решетки. Прочность возрастает при холодной деформации. Из недостатков: низкая пластичность, высокая вероятность ломкости при отрицательных температурах, плохая свариваемость и обрабатываемость резанием.

Области применения

Металл используется в чистом виде и входит в состав твердых, жаропрочных и износостойких сплавов. Коррозионная стойкость способствует применению в жидкометаллических составах ртути, лития, натрия, калия, используемых в энергоустановках. Вольфрам также незаменим:

  • как компонент инструментальных, быстрорежущих сталей (Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3) и материалов для нитей накаливания, неплавящихся сварочных электродов, катодов и деталей мощных электровакуумных приборов;
  • для производства твердотопливных и ионных двигателей.

Осмий

Наглядный представитель редчайших драгметаллов платиновой группы. В слитках осмий имеет темно-синий цвет, а его кристаллы отличаются красивым серебристо-голубым оттенком. В чистом виде в природе практически не встречается из-за хрупкости и высокой твердости, но часто присутствует в метеоритном металле. Имеет несколько изотопов, самый ценный и редкий – осмий-187.

Осмий существует в виде различных форм-соединений с другими химическими элементами. Наиболее распространенные его «компаньоны» – иридий и платина. Входит в состав медной, никелевой руды. Сопутствует натуральной платине. Получают его из обогащенных пород: из 10000 тонн руды, содержащей платиновые металлы, добывается около 28 граммов осмия.

Свойства

Из-за высокой хрупкости сложно утверждать, что осмий – самый крепкий металл. Но то, что это второй по тяжести – бесспорный факт (тяжелее только иридий). Кроме высокой плотности и массы, осмий можно рассматривать как химически устойчивый, довольно твердый материал, который практически не поддается обработке.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность (при н. у.)

г/см3

22,587 ± 0,009

Температура

плавления

°С/К

3054/3327

кипения

°С/К

5027/5300

начала окисления

°С

500

Твердость (по Виккерсу/по Моосу)

ГПа/баллы

3-4/6-7

Теплоемкость молярная

Дж/(K*моль).

24,7

Теплота испарения

кДж/моль;

738

Электроотрицательность

э

1,3

Потенциал ионизации

эВ

8,7

Редкий металл с большим потенциалом. Но его добыча обходится слишком дорого и в год составляет несколько сотен килограммов. Искусственно синтезированный осмий не поддается обработке давлением, плавится в вакуумных установках.

Области применения осмия

Небольшие партии добычи и уникальные свойства обуславливают применением осмия (Os) в тех случаях, когда его применение максимально целесообразно. Это:

  • датировка, анализ кварцев пограничного слоя между Меловым и Третичным периодами;
  • легирование сплавов для повышения их износостойкости и долговечности;
  • создание покрытие на узлах механизмов, активно подвергающихся трению;
  • аэрокосмическая и военная область;
  • производство точных деталей в машиностроении, медицинских инструментов и кардиостимуляторов;
  • катализация процессов гидрирования органических соединений.

Иридий

Химический элемент и металл – иридий (Ir) с плотностью 22,65 г/см³ – делит пальму первенства, как самый тяжелый и тугоплавкий элемент, с осмием. Но его можно характеризовать и как самый прочный металл, к тому же редкий: годовая добыча в мире не превышает 10 тысяч кг.

Драгметалл бело-золотого цвета, характеризуется высокой инертностью. В природе находится в самородном состоянии, встречается как смесь с Pt или Os. Любое из таких соединений можно характеризовать, как самый твердый сплав, долговечный и крепкий. Существует закономерность: там, где есть самородная платина, ищите осмистый иридий. Налажено также искусственное производство Ir из переработанной платиновой руды.

Свойства

Иридий принадлежит к группе благородных металлов. Характеризуется высокой коррозионной стойкостью и высокой плотностью. Инертен к царской водке, ко всем кислотам, а также их смесям в температурном поле до 100°C.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность

(н. у.)

г/см3

22,42

(жидкое состояние)

19,39

Атомная масса

u

199,217

Удельная теплоемкость

Дж/(K*моль)

0,133 

Форма кристаллической решетки

гранецентрированный куб

Электроотрицательность

э

1,4

Потенциал ионизации

эВ

9,2

Температура

плавления

°С

2447

кипения

4577

Теплопроводность

Вт/(м*K)

147

Показатель линейного расширения

град.

6,5х10-6

Теплота испарения

кДж/моль

604

Применение иридия

Вариативное использование обусловлено стойкостью иридия к окислению при высоких температурах, сохранению первоначальных характеристик в любых химических растворах и смесях, при переплавке. Металл, как правило, используется в сплавах. Основное применение:

  • легирование сплавов для особо ответственных металлоизделий;
  • изготовление посуды и хирургического инструмента;
  • производство иридиевых свечей сгорания, топливных баков, катодов и нерастворимых анодов;
  • приборостроение;
  • изготовление термопар для сверхвысоких температур (≥2000°С).

Хром

Нельзя однозначно утверждать, что хром – самый прочный металл в мире. Но то, что это самый твердый металл в мире действительно так. Металла белой окраски с голубоватым отливом и довольно специфическими признаками в земной коре содержится довольно много – 0,02%. В природе находится чаще всего в составе соединений, но встречается и в чистом виде.

Свойства

О том, что хром – это самый «сильный» металл и достаточно распространенный на нашей планете, спорить трудно. Его физико-химические свойства говорят сами за себя. Металл стоек к коррозии, высоким температурам. Особо ценными считаются его соединения – крокоит и железняк.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Температура

плавления

°C

1513-1920

кипения

2199

Плотность

г/см³

7,19

Теплопроводность

Вт/(м*K)

93,9

Твердость по шкале Мооса

–

8,5

Удельная теплоемкость (при t = 0°С)

кДж/(кг*К)

0,448

Теплота испарения

кДж/моль

342

Применение хрома

Наиболее широко хром (Cr) используется в металлургии для легирования сталей и сплавов, а также для:

  • производства антикоррозийных и декоративных покрытий;
  • изготовления огнеупоров;
  • дубления кожи (хромовые квасцы).

Рений

Первые месторождения этого очень плотного и твердого металла были обнаружены в Германии. Рений занимает лидирующие позиции в рейтинге самых редких на Земле и самых дорогих металлов. Встречается в чистом виде и в медной руде. В метеоритном железе находится в свободном состоянии.

Свойства

Принадлежит к группе переходных элементов. В таблице представлен ряд физических свойств рения.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Температура

плавления

°С

3180

кипения

5596

Плотность (н.у. и t=20°С)

г/см3

21,02

Теплота (удельная)

плавления

кДж/моль

34

испарения

704

Твердость

шкала Мооса

–

7

по Виккерсу

МПа

2450

Отмечается устойчивость характеристик при многократных циклах «нагрев-охлаждение», инертность по отношению к водороду, азоту. Рений (Re) не растворяется в соляной и плавиковой кислоте.

Где применяется?

Высокая стоимость делает использование рения ограниченным и только в виде сплава с другими металлами, в частности с молибденом и вольфрамом. Наиболее ценен для:

  • ракетных и энергетических установок;
  • защиты от агрессивных сред;
  • авиации;
  • производства хирургического инструмента.

Титан

Металл, которого в земной коре находится около 0,66%, замыкает «десятку» по распространенности в природе. Добывается из руды. Отличается уникальным сочетанием прочности, твердости и легковесности, что позволяет использовать его в тех средах, где магниево-алюминиевые сплавы прекращают работать.

Свойства

Выясняя, какой самый прочный металл, особое внимание следует обратить на физические свойства титана. Этот металл очень пластичен, но сваривается только в инертных средах.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность (н. у.)

г/см3

4,54

Удельная прочность

км

30-35

Удельная теплота испарения

кДж/моль

422,6

Удельная теплота плавления

18,8

Теплопроводность при 300 K

Вт/(м*К)

21,9

Электропроводность (твердая фаза)

См/м

2,5х106

Твердость

по шкале Мооса

–

6

по Виккерсу

МПа

970

Температура

°C

1668

Применение титана

Раньше металл был затребован, в основном, в оборонной и военной промышленности. Сегодня его распространение в других сферах возрастает с каждым днем. Его широко используют в качестве легирующего элемента сталей и сплавов для:

  • обшивки специальных морских судов, газовых турбин авиадвигателей, деталей планерной части;
  • инструмента и конструкций повышенной надежности;
  • комплектующих насосов и трубопроводов;
  • глубоководных аппаратов и бурильных установок;
  • теплообменного оборудования и пр.

Железо и стали

Само по себе чистое железо, как самый жесткий металл, не позиционируется. Металл нашел массовое применение в сплавах с углеродом, для улучшения и изменения механических и технологических свойств которых вводят различные легирующие элементы. Стали, хоть и являются не металлами, а сплавами, именно начало их производства стало основой для активной индустриализации промышленности и сельского хозяйства. Благодаря им созданы крупные производственные предприятия и небоскребы, планету опутала сеть железнодорожного сообщения и магистральных трубопроводов, моря бороздят крупнотоннажные танкеры и шикарные туристические лайнеры, а в домах появилась многочисленная санитарно-техническая и бытовая техника.

Прочность углеродистых сталей в основном зависит от массовой доли находящегося в ней углерода. Чем выше его концентрация, тем прочнее сталь. Но высокое содержание углерода негативно сказывается на свариваемости стали и вызывает значительное снижение ее пластичности, а также повышает склонность к старению. При этом это достаточно дешевое и общедоступное вещество, что является важным экономическим фактором и обуславливает широкое применение углеродистых сталей повышенной прочности в строительстве и инжиниринге.

В связи с массовым использованием сварных стальных конструкций в самых разных отраслях возникла потребность в снижении массовой доли углерода для производства высокопрочных марок. Поэтому в тех случаях, когда свариваемость является ключевым параметром, повышать прочность стали за счет увеличения углерода неприемлемо и нужных механических параметров достигают путем легирования. Однако при этом крайне важно изыскать пути для снижения затрат на производство, так как многие легирующие компоненты относятся к дорогостоящим материалам.

В XX веке отмечалась устойчивая тенденция к повышению прочности стали за счет легирования недорогим марганцем. Но по мере развития металлургических технологий и металлографического анализа все более широко начинают использоваться и другие общедоступные и даже очень дефицитные элементы, большинство из которых образует с железом и углеродом карбиды и тем самым значительно повышают твердость и прочность сталей. Так компенсировать потери прочности из-за снижения массовой доли углерода можно введением:

  • бора. Это вещество даже в очень малых концентрациях оказывает существенное влияние на свойства сталей. Например, при увеличении массовой доли бора до 0,25% прочность стали возрастает в 1,4 раза. Теплофизические свойства бористых сталей почти такие же, как и у нержавеющих, при этом их отличает низкая пластичность и высокая радиационная стойкость;
  • ванадия. Карбидообразующий элемент, сильно измельчающий зерно аустенита. Многократно повышает прочность, вязкость и стойкость к ударным нагрузкам. Применяется для легирования конструкционных и быстрорежущих инструментальных сталей;
  • вольфрама. Наиболее часто добавляется в жаропрочные хромистые и хромоникелевые марки и в значительной степени минимизирует их ползучесть;
  • кремния. Один из наиболее значимых легирующих компонентов для обеспечения высокой прочности сталей. Его введение позволяет снизить содержание углерода, серы и растворенного в стали кислорода;
  • кобальта. Благотворно влияет на механические свойства высокопрочных сталей. Увеличивает подвижность дислокаций и тем самым уменьшает концентрацию напряжений;
  • никеля. Марки стали, содержащие Ni в количестве 3% и более, отличаются высоким комплексом механических свойств, имеют удовлетворительную свариваемость и очень высокие показатели коррозионной стойкости даже при контакте с морской водой;
  • ниобия. Ниобийсодержащие стали характеризуются мелкозернистой структурой и высоким пределом текучести. Они чаще всего производятся в виде толстолистового проката и находят применение в конструкциях ответственного назначения, при производстве труб для магистральных трубопроводов и в мостостроении;
  • титана. Образует прочные карбиды и нитриды, измельчает зерно аустенита. Снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает окалиностойкость и прочность;
  • хрома. Введение этого вещества в сталь значительно повышает ее прочность. В сочетании с никелем хром не только улучшает твердость и прочность, которые особенно проявляются в закаленном и высокоотпущенном состоянии, но и определяет высокие антикоррозионные свойства;
  • церия. Он заметно влияет на механические и технологические свойства и при этом выступает десульфатором и дегазатором. Повышает жидкотекучесть и свариваемость сталей.

Производство сталей высокой прочности для сварных металлических конструкций довольно часто сводится к получению металла с измельченной структурой путем термической обработки при минимальном легировании. Поэтому большинство высокопрочных марок легированной стали содержит не один, а несколько легирующих компонентов, но содержание их часто не велико: хрома 0,5…1,5%, никеля 1,0…4,0%, вольфрама 0,8…1,2%, молибдена 0,2…0,4%.

Помимо корректировки химического состава и применения термической обработки повысить качество и прочностные характеристики сталей можно значительной минимизацией количества неметаллических включений и кислорода в процессе плавки. Это можно выполнить добавлением редкоземельных металлов или мишметалла – сплава церия, лантана, неодима, празеодима, что позволяет сократить количество серы и неметаллических включений более чем в два раза. Существенное значение для повышения качества высокопрочных сталей имеет применение современных методов выплавки (электрошлакового, вакуумно-дугового, вакуумно-индукционного, конверторного и т.д.), а также вторичной обработки стали на установках «ковш-печь», в вакууматорах и других агрегатах.

Обработка железа

Какая самая прочная сталь

Определить какая самая прочная сталь можно только для конкретных условий применения, так как в каждом случае от материала требуются определенные специальные свойства. И если еще в середине XX века к сталям высокой прочности относили марки с пределом текучести не менее 270 Н/мм2, то сегодня самая крепкая сталь может иметь твердость, доходящую до HB 700, предел текучести – до 1650 МПа, временное сопротивление – до 2500 МПа.

Для некоторых отраслей промышленности наибольший интерес в настоящее время представляют инновационные разработки, в том числе марки, выпускающиеся под брендом отдельных металлургических компаний, например:

  • закаленные стали высокой твердости. Эти стали, характеризующиеся высокой износостойкостью, твердостью и прочностью, используются в условиях сильного абразивного износа и ударного воздействия. Конечно, нельзя заявлять, что это самый крепкий металл, тем не менее они положительно зарекомендовали себя в различных сферах машиностроения, демонстрируют сверхдлительный срок службы и позволяют легко достичь оптимального баланса между весом, формой и эксплуатационными свойствами. К таким материалам относятся стали под брендом Hardox шведской компании SSAB (Hardox 600, Hardox 450, Hardox HiTuf, Hardox HiAce и другие), шведские стали группы Swebor, марки Dillidur немецкой компании Dillinger, стали Miilux и многие другие;
  • свариваемые высокопрочные стали после закалки и отпуска. Эти сплавы с пределом текучести от 400 до 1300 МПа и временным сопротивлением до 1400…1700 МПа широко используются в промышленном и гражданском строительстве, создании оффшорных буровых платформ и башен ветрогенераторов, производстве подземной и наземной техники. В эту группу относятся строительные стали по стандарту EN 10025-6 (S690Q, S690QL, S890Q, S960Q и пр.), марки под брендами Strenx/ Weldox, Xabo, Dillimax, aldur т.д.;
  • AerMet 100 и другие легированные ультрапрочные мартенситные стали, имеющие исключительные механические свойства, удовлетворительную свариваемость, достаточную стойкость к коррозии;
  • 16Х2ГБС, 16ХГМФТР, 25ХГСР и другие разработки украинских металлургов также востребованы на рынке. Они широко используются для изготовления сварных металлоконструкций ответственного назначения: резервуаров высокого давления, магистральных трубопроводов, мостовых переходов;
  • термомеханически упрочненный прокат для строительства (стандарт ДСТУ EN 10025-4) и машиностроения (стандарт EN 10149-2). Структура и свойства этих сталей формируются в результате применения специальных режимов на станах горячей прокатки, сочетающих строгий контроль за степенью обжатий, температурой конца прокатки и скоростью охлаждения. Материал сочетает высокую прочность и низкий углеродный эквивалент, что позволяет сократить не только металлоемкость без потери эксплуатационной стойкости, но и сэкономить на сварочных материалах при создании конструкций, а также сократить сроки возведения объектов.

Химический состав некоторых сталей, имеющих высокие параметры прочности

Марка стали

Массовая доля, %

C

Mn

Si

Cr

P

S

Ni

Cu

N

V

B

W

Mo

Co

Ti

не более

09Г2С

до 0,12

1,3…1,7

0,5…0,8

до 0,30

0,035

0,04

до 0,3

до 0,3

до 0,012

–

–

–

–

–

–

10ХСНД

до 0,12

0,5…0,8

0,8…1,1

0,6…0,9

0,035

0,04

0,5…0,8

0,4…0,6

до 0,008

–

–

–

–

–

–

16Г2АФ

0,14…0,20

1,30…1,70

0,30…0,60

до 0,40

0,035

0,04

до 0,30

до 0,30

0,015…0,025

0,08…0,14

–

–

–

–

–

30MnB5

0,27…0,33

1,15…1,45

до 0,4

–

0,025

0,15

–

–

–

–

0,0008…0,005

–

–

–

–

Р9М4К8

1,0…1,1

0,50

0,50

3,0…3,6

0,030

0,030

до 0,40

–

–

2,3…2,7

–

8,5…9,5

3,8…4,3

7,5…8,5

0. 2

RAEX 500

0,30

1,70

0,80

1,50

0,025

0,015

1,00

–

–

–

0,005

–

0,50

–

 —

Разработка конструкционных сталей с пределом текучести выше 500 Н/мм2 направлена на повышение технологических и эксплуатационных характеристик. К их числу можно отнести свариваемость, ударную вязкость, сопротивление хрупкому разрушению, химическую и структурную однородность. Из-за больших объемов потребления таких сталей особое значение имеет их стоимость, которую можно снизить в основном за счет экономного легирования и применения различных режимов упрочняющей термообработки.

Физико-механические характеристики некоторых сталей повышенной и высокой прочности

Марка стали

Толщина проката, мм

Временное сопротивление

σв, Н/мм2

Предел текучести

σт, Н/мм2

Относительное удлинение

δ5, %

10ХСНД

до 10

более 510

более 390

более 19

от 10 до 15

от 15 до 32

от 32 до 50

16Г2АФ

до 10

более 510

более 390

более 19

от 10 до 20

от 20 до 32

06ГБД

8…50

более 490

более 390

более 22

06Г2Б

8…50

более 540

более 440

более 22

30ХГСНА

до 80

1620

1375

более 9

AerMet 340

до 80

2380

2070

более 11

Где применяют стали высокой прочности

Использование сталей с высокими прочностными параметрами позволяет обеспечить необходимую надежность и малую металлоемкость конструкций, возможность их длительной и бесперебойной эксплуатации при низких температурах и динамических нагрузках. Поэтому переход на стали повышенной и высокой прочности – злободневный вопрос для многих отраслей промышленности, а наиболее прогрессивные компании и предприятия уже широко используют их.

В гражданском, промышленном и военном строительстве востребованы S420ML…S460ML, S690QL…S960QL, а также 15Г2СФ, 10Г2ФР, 16Г2АФ, 12ХГ2СМФ, 14ГСМФР. Для изготовления различного высокопрочного инструмента и технологической оснасти применяются 3Х3М3Ф, Х12Ф1, Х12ВМ, 7Х3 и 3Х3М3Ф. Также стали повышенной и высокой прочности очень разнообразно используются для несущих и ответственных металлоконструкций, производства обшивки и деталей машин и вагонов, рессор и шасси, рабочих элементов землеройной и спецтехники, крепежа и валов.

Использование металла в строительстве

Уран

Серебристо-белый блестящий радиоактивный элемент естественного происхождения. Известно около 100 минералов урана, но только 12 имеют промышленное значение. Находятся в свободном состоянии или в кислых осадочных породах оболочки земной коры. Локальные запасы сосредоточены в твердых скальных образованиях. Уран, если не самый прочный материал, то, по крайней мере, один из самых твердых. Получают его из урановых руд.

Свойства

Легко поддается механической и термической обработке. Соединения радиационно и химически токсичны. Свойства зависят от чистоты металла.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Твердость

по Роквеллу

–

100/200-300

по Моосу

–

4,0

Теплота испарения

ккал/моль

106,7

Теплопроводность (при 343°К)

Вт/(см*К)

0,29

Плотность (при +25°С)

г/см3

19,04

Температура

кипения

°С

3318

плавления

°С

1132

Энтальпия

ккал/моль

1521,4

Коэффициент Пуассона

–

0,25

Модуль упругой деформации

кПа

0,176

Где применяется уран?

Урановая промышленность сфокусирована на добыче и переработке урановых и других радиоактивных руд с целью получения соответствующих концентраторов для ядерной энергетики и военной отрасли. Уран находит свое применение:

  • как топливо в исследовательском и ядерном реакторе;
  • в производстве флуоресцентных стекол;
  • при изготовлении транспортных контейнеров для радиоактивных грузов и отходов.

Бериллий

Высокотоксичный щелочноземельный металл светло-серого цвета, устойчивый к коррозии. На воздухе быстро покрывается оксидной пленкой, защищающей его от дальнейших реакций окисления. Бериллий получают из минерала берилла. Несмотря на среднюю твердость 5,5 баллов по шкале Мооса, он довольно хрупкий, с низким электрическим сопротивлением.

Свойства

Металл химически активен: растворяется в большинстве кислых сред и водных щелочных растворах. С водой вступает в реакцию только после ее закипания.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность

г/см3

1,816

Температура

плавления

°С

1278-1283

кипения

2470

Молярная теплоемкость

Дж/(K*моль)

16,44

Теплопроводность

Вт/мК

216

Коэффициент Пуассона

–

0,07-0,18

Предел прочности при растяжении

МПа

370

Ударная вязкость

МПа

10,6-12,3

Модуль упругости

ГПа

303

Твердость по Роквеллу

–

75-85

Где применяется?

Основная сфера использования – тепловые экраны и системы наведения в аэрокосмической отрасли. Бериллий необходим также в создании:

  • огнеупорных материалов;
  • сплавов для самолетов, спутников и ракет;
  • твердотельных излучателей;
  • отражателей нейтронов и ядерного оружия;
  • субстрата для расплава солей.

Тантал

Уникальное сочетание твердости, пластичности, сверхвысокой температуры плавления нашло отражение в тантале (Та). Металл с плотностью 16,67 г/см³ – типичный представитель гранитной и щелочной магмы. Входит в ТОП самых тяжелых металлов. Тугоплавкий, устойчив к коррозии. Добывается из минерала колтана. В техническом металле доля Та составляет 97%, W – до 2,5%.

Свойства

Особенность тантала – способность поглощать азот, кислород, водород. Из-за хорошей пластичности поддается штамповке.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность

кг/м3

16600

Коэффициент теплового расширения (н. у)

°С

6,5*10-6

Предел текучести

МПа

170

Модуль упругости (по Юнгу)

ГПа

186

Температура

плавления

°С

3017

кипения

5458

Молярный объем

см³/моль

10,9

Теплопроводность

Вт/(м*K)

57,5

Где применяется тантал?

Востребован там, где нужна высокая коррозионная и химическая устойчивость:

  • медицинские имплантаты;
  • мощнейшие конденсаторы и элементы электроники;
  • сооружение ядерных реакторов;
  • производство жаропрочных сплавов;
  • изготовление трудносплавного инструмента и резцов по обработке металлов;
  • производство запчастей реактивных двигателей и теплообменников в приборостроении.

Выводы

Определить какой металл самый крепкий или какая самая прочная сталь можно только для конкретных условий, принимая в расчет все факторы: износостойкость, твердость, прочность, устойчивость к агрессивным средам и другие. К тому же в условиях рыночной экономики важное значение имеет рентабельность производства, что существенно ограничивает применение дорогих и редких металлов, но открывает колоссальные перспективы для применения высокопрочных сталей в самых разнообразных сферах: от освоения космоса и выращивания пшеницы.

Компания «Метинвест-СМЦ», располагая обширной базой металлопроката различного сортамента, всегда готова помочь своим клиентам в выборе металлопродукции из сталей повышенной и высокой прочности с учетом характера ее применения и условий эксплуатации. Звоните, наш телефон 0800-30-30-70.

Ядерные макароны: ученые нашли самый прочный материал во вселенной

Материал под корой нейтронной звезды в 10 миллиардов раз прочнее, чем сталь.

Иллюстрация REUTERS

Ученые обнаружили самый прочный материал во вселенной – «ядерные макароны» из нейтронных звезд. Материал настолько прочный, что он никогда не смог бы существовать на Земле, даже если бы кто-то надумал транспортировать его на нашу планету.

Как пишет Newsweek, чрезвычайно плотный материал взорвался бы, как ядерная бомба. Впрочем, он стабильно существует в коре самых маленьких и самых плотных звезд, которые только известны человечеству. Этот материал ученые исследовали с помощью компьютерной симуляции.

Читайте такжеАстрофизик описал будущее Солнечной системы после смерти человечества

Исследователь из Университета Макгилла Мэтью Каплан вместе с коллегами описал свое открытие в научном журнале Physical Review Letters. Нейтронные звезды формируются, когда более массивные звезды рушатся под тяжестью собственной гравитации. После этого появляется новая звезда в форме сферы с диаметром около 20 километров, масса которой вдвое больше, чем у Солнца. Ученые NASA говорят, что кусочек нейтронной звезды размером с кубик сахара-рафинада будет весить, как гора Эверест.

Из-за огромной гравитации внешние слои нейтронных звезд застывают и формируют твердую кору вокруг жидкого ядра. Под корой протоны и нейтроны отталкиваются и формируют длинные цилиндрические формы или плоские пластины. Их называют «спагетти» и «лазанья», или «ядерные макароны».

Читайте также»Блуждающая» звезда столкнется с Солнечной системой раньше, чем считалось — ученые

Ученые знают о существовании этого явления благодаря наблюдением за нейтронными звездами. Каплан провел компьютерную симуляцию, во время которой он растягивал и сжимал «ядерные макароны», чтобы посмотреть, как они будут ломаться.

«Это позволило подсчитать, насколько они прочные. Материалы в коре нейтронных звезд не могут существовать на Земле. Они формируются лишь тогда, когда материя под таким давлением гравитации, которое возможно только на нейтронной звезде. Именно поэтому мы и использовали компьютерную симуляцию, чтобы изучить их», — пояснил ученый.

«Если кто-то магически телепортирует чайную ложку ядерных макарон вам в руку, вы погибнете за мгновение, потому что без давления звезды этот материал не будет держаться кучи и просто взорвется, как ядерная бомба. Проще говоря, несмотря на чрезвычайную прочность, никто не сможет ничего построить из такого материала», — добавил Каплан.

По подсчетам ученых, «ядерные макароны» в 10 миллиардов раз прочнее, чем сталь.

Ученые обнаружили самый прочный материал в природе

Татьяна НЕЧЕТ

18 февраля 2015 18:42 0

Фото: Морские блюдечка. Фото: Википедия

Обнаруженный исследователями природный материал прочный как сталь и крепкий, как пуленепробиваемый жилет и способен выдерживать давление, необходимое, чтобы превратить углерод в алмаз.

Что же в природе настолько прочное? Оказалось, что это обычный морской моллюск.

Исследование опубликовано в журнале Interface Royal.

Суперзубцы морских блюдечек. Фото: port.ac.uk

Британские ученые заявили, что зубцы, которые имеются у так называемых морских блюдечек, являются самым прочным биологическим материалом на Земле, обогнав предыдущего рекордсмена — шелк паука, сообщило издание «Вашингтон пост».

Зубцы блюдечек, которыми они прикрепляются к различным поверхностям, микроскопического размера. Они содержат минерал под названием гетит.

Гетит. Фото: Википедия 

Люди могли бы создавать на основе полученных данных о морских блюдечках более долговечные лодки и зубные пломбы. 

К тому же эти зубцы прочнее кевлара — синтетического волокна, используемого для изготовления пуленепробиваемых жилетов. А их размер составляет всего лишь 1/100 диаметра человеческого волоса.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Археологи Израиля обнаружили залежи древних морских сокровищ

Аквалангисты обнаружили на дне Средиземного моря крупнейший за всю историю Израиля клад весом девять килограммов. В районе древнего порта Кейсария на поверхность подняли свыше двух тысяч золотых монет эпохи Фатимидов (X-XII век н.э.), сообщило Управление древностей.

Новости по теме: материалы Исследования Подписывайтесь на нас в соц. сетях

Топ 10 самых прочных металлов в мире

Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества. В первую очередь была освоена медь, которая доступна в природе и легко поддается обработке. До сих пор археологи при раскопках находят различные медные изделия и домашнюю утварь. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.

10 Титан

Титан – высокопрочный твердый металл, который сразу же привлек к себе внимание. Свойствами титана являются: высокая удельная прочность; стойкость к высоким температурам; низкая плотность; коррозийная стойкость; механическая и химическая стойкость. Титан применяется в военной промышленности, медицине авиации, кораблестроении, и других сферах производства.

9 Уран

Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.

8 Вольфрам

Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.

7 Рений

Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.

6 Осмий

Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.

5 Бериллий

Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства: ядерной энергетике; аэрокосмической технике; металлургии; лазерной технике; атомной энергетике. Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.

4 Хром

Следующим среди самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.

3 Тантал

Тантал является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок. Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется: в химической промышленности; при сооружении ядерных реакторов; в металлургическом производстве; при создании жаропрочных сплавов.

2 Рутений

Рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.

1 Иридий

Самый прочный металл – иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия. Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.

Источник

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Австрийские исследователи впервые наладили стабильное производство экзотической формы углерода — карбина, который в 40 раз превышает по прочности алмаз. Об этом они рассказали на страницах журнала Nature Materials.

Свойства карбина ученые рассчитали еще несколько лет назад и выяснили, что по прочности он превосходит все известные людям материалы. Однако производство его было сопряжено с серьезными трудностями: карбин представляет собой длинную цепочку атомов углерода. Фактически он разрушается прямо по мере изготовления.

Чтобы обойти эту проблему, физики из Венского университета положили один слой графена на другой и свернули их в своего рода «термос». Уже внутри этого защитного покрытия ученые синтезировали карбин — цепочку из 6400 атомов (предыдущий рекорд —100 атомов). Физики не только добились стабильной формы, но и выяснили, что электрические свойства карбина зависят от протяженности цепочки.

Материалы по теме:

Однако остается непонятным, как извлечь карбин из графенового «термоса», не повредив его. Пока исследователям остается продолжать изучать новый материал, пользуясь относительной стабильностью его цепочек.

Карбин является одной из наименее изученных аллотропных модификаций углерода. Впервые о возможности его существования стало известно из работ советских химиков Коршака, Сладкова, Касаточкина и Кудрявцева. Исследование с описанием метода получения вещества было опубликовано в 1967 году в журнале «Доклады академии наук СССР» и получило широкую известность на родине. В 1982 году в Science результаты советских химиков были поставлены под сомнение: оказалось, что сигнал, приписываемый карбину, мог быть получен из-за примесей силикатов. В дальнейшем сигналы, соответствующие карбину, были обнаружены в межзвездном пространстве и в некоторых земных углеродных материалах.

Существование длинных молекул карбина до сих пор является спорным, однако короткие цепи (−C≡C−)n (их называют полиинами) хорошо известны. В 2010 году с использованием специальных защитных групп было синтезировано соединение с 44 атомами углерода в такой цепи.

Самые прочные металлы на Земле

Первое качество, с которым ассоциируется у нас металл, это прочность. На самом деле прочность определяется несколькими свойствами, учитывая которые именно сталь и ее сплавы находятся в списке самых прочных металлов.

Что же такое прочность? Это способность материала выдерживать внешние нагрузки, при этом не разрушаясь. При оценке прочности металла учитывается много параметров и качеств: насколько хорошо металл сопротивляется разрыву, как он противостоит сжатию, каков порог перехода от упругого к пластическому состоянию, когда деформация материала становится необратимой, какова способность материала сопротивляться распространению трещин и т.п.

Прочные сплавы и природные металлы

Сплавы представляют собой комбинации разных металлов. Потребность получить самые разные качественные характеристики металлов, среди которых и прочность, привела к появлению различных сплавов. Одним из важных в этом смысле сплавов является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие же металлы принято считать самыми прочными на Земле?

Поскольку для определения прочности металла необходимо учесть очень много факторов, трудно однозначным образом упорядочить металлы от самого «крепкого» до самого «слабого». В зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным в каждом конкретном случае, и будет складываться расстановка сил прочности среди металлов.

Сталь и ее сплавы

Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.

Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.

Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.

Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.

Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.

Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.

Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.

Особо твердые сплавы

Сплавы на основе карбидов вольфрама, титана, тантала обладают твердостью, которой позавидует любой молот Тора.

Титан – это наиболее растиражированный в средствах массовой информации и кинематографе природный металл, который принято ассоциировать с суперпрочностью. Его удельная прочность почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей. Он обладает самым высоким отношением прочности на разрыв к плотности из всех металлов. По этому показателю он обошел вольфрам, вот только по шкале твердости Мооса титан ему уступает. Тем не менее, титановые сплавы прочны и легки.

Сферы применения: титан и его сплавы часто используются в аэрокосмической промышленности. Из него делают элементы обшивки космических кораблей, топливные баки, детали реактивных двигателей. Активно используют его и в морском судостроении, строительстве трубопроводов для агрессивных сред и в качестве конструкционного материала.

Вольфрам с его самой высокой прочностью на растяжение среди всех встречающихся в природе металлов часто комбинируют со сталью и другими металлами для создания еще более прочных сплавов. К недостаткам вольфрама можно отнести его хрупкость и способность к разрушению при ударе.

Сферы применения: вольфрам применяют в металлургии для производства легированных сталей и различных сплавов, в электротехнической индустрии для изготовления элементов осветительных приборов, в машино- и авиастроении, в космической отрасли и химпроме. Сплав вольфрама и углерода (карбид вольфрама) используют для производства инструментов с режущими краями, таких как ножи и дисковые пилы, а также износостойких рабочих элементов горношахтного оборудования и прокатных валков.

Тантал обладает сразу тремя достоинствами – прочностью, плотностью и устойчивостью к коррозии. Он состоит в группе тугоплавких металлов, как и выше описанный вольфрам.

Сферы применения: тантал используется в производстве электроники и сверхмощных конденсаторов для персональных компьютеров, смартфонов, камер и для электронных устройств в автомобилях.

Инновационные сплавы

Существует ряд сплавов, которые появились совсем недавно, но уже успели завоевать признание благодаря своим «сверхкачествам» и активно используются в аэрокосмической сфере и медицине.

Алюминид титана – сплав титана и алюминия, который выдерживает высокие температуры и обладает антикоррозийными свойствами, но при этом он довольно хрупкий и недостаточно пластичный. Тем не менее, он нашел свое применение в производстве специальных защитных покрытий.

Сплав титана с золотом – еще один уникальный материал, который был разработан несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача, которая стояла перед учеными, создать материал крепче титана, который можно было бы применять в медицине для производства протезов, совместимых с биотканью. Дело в том, что титановые протезы, несмотря на свою прочность, изнашиваются относительно быстро, их приходится менять каждые 10 лет. А вот сплав титана с золотом оказался вчетверо более прочным, чем те сплавы, что сейчас используются в производстве протезов.

Какие металлы самые прочные? | Маркхэм Металс

Металлы — один из самых полезных и универсальных материалов на планете. Эти встречающиеся в природе минералы можно извлекать, плавить, смешивать, закаливать, закалять — все для создания предмета, который каким-то образом помогает нам. От алюминиевых банок до украшений из платины металлы окружают нас повсюду. Особенно в мире технологий и промышленности металлы обычно используются из-за их пластичности и прочности. А когда дело доходит до долговечности, есть несколько лидеров. Ниже представлены самые прочные и долговечные металлы, которые широко используются сегодня.

Вольфрам

Вольфрам — впечатляющий минерал. Как чистый металл, который не смешивают с другими металлами для повышения твердости, он обладает самой высокой прочностью на растяжение среди всех металлов. Прочность на растяжение относится к тому, какое усилие может выдержать металл, прежде чем он начнет менять форму или поддаваться давлению. Если этого недостаточно, у него также самая высокая температура плавления среди всех чистых металлов. Фактически, единственный другой элемент, который имеет более высокую температуру плавления, — это углерод.Единственным недостатком является то, что вольфрам довольно плотный (именно поэтому он такой прочный), но с ним довольно сложно работать. Тем не менее, он по-прежнему широко используется в электромонтажных работах и ​​часто добавляется в сталь для создания прочного сплава.

Сталь

Несмотря на то, что сталь не является чистым металлом, она по-прежнему считается достаточно прочной. Основной сплав обычно создается путем соединения железа и углерода; однако ученые всегда ищут способы увеличить прочность и часто экспериментируют с другими металлами, добавляемыми в смесь.Сталь использовалась людьми на протяжении тысячелетий, но только в период Возрождения (около 1300-1700-х годов) ее стали более широко понимать и экспериментировать.

Хром

Одним из самых популярных вариантов стали является нержавеющая сталь. Так что же делает его нержавеющим? Не что иное, как хром. Хром является одним из самых прочных металлов, потому что он занимает очень высокое место по шкале Мооса, определяющей твердость. В данном случае твердость означает, насколько материал устойчив к царапинам.Алмазы — самый твердый материал; хром самый твердый металл. Его стойкость к царапинам делает его идеальным для добавления в стальные сплавы, а также широко используется в хромировании для прочного и блестящего покрытия фурнитуры и приспособлений для дома.

Титан

Еще один прочный природный металл. Титан представляет собой минерал с низкой плотностью, который достаточно податлив и с ним легко работать при высокой температуре плавления. Поскольку он имеет такую ​​низкую плотность, он намного легче стали, но имеет аналогичную прочность.Добавление титана в сплав значительно увеличивает прочность. В современном использовании он используется во всем, от ручек до самолетов и от небоскребов до космических кораблей.

Свяжитесь с нами сегодня для быстрой и простой цитаты

Все еще думаете, какой тип металла лучше всего подойдет для вашей следующей работы? Мы предлагаем большой и разнообразный ассортимент стали и алюминия в сочетании с обширным набором собственного металлообрабатывающего оборудования, что позволяет нам обслуживать клиентов на непревзойденном уровне.Чтобы задать вопросы или получить информацию о наших продуктах и ​​услугах, позвоните нам сегодня по телефону 978-658-1121 или свяжитесь с нами непосредственно на нашем сайте.

На Земле есть 6 «самых прочных материалов», которые тверже алмазов

Макс. пиксель

Углерод — один из самых удивительных элементов во всей природе, химические и физические свойства которого не похожи ни на один другой элемент. Имея всего шесть протонов в ядре, это самый легкий распространенный элемент, способный образовывать множество сложных связей. Все известные формы жизни основаны на углероде, поскольку его атомные свойства позволяют ему соединяться с четырьмя другими атомами одновременно.Возможная геометрия этих связей также позволяет углероду самостоятельно собираться, особенно при высоких давлениях, в стабильную кристаллическую решетку. Если условия правильные, атомы углерода могут образовать твердую сверхтвердую структуру, известную как алмаз.

Хотя алмазы широко известны как самые твердые материалы в мире, на самом деле существует шесть более твердых материалов. Алмазы по-прежнему являются одним из самых твердых природных и распространенных материалов на Земле, но все эти шесть материалов превосходят его.

Карлес Лалуэса-Фокс, Инги Агнарссон, Матьяж Кантнер, Тодд А. Блэкледж (2010)

Почетное упоминание : есть три земных материала, которые не так тверды, как алмаз, но все же удивительно интересны своей прочностью в различных формах.С появлением нанотехнологий — наряду с развитием понимания современных материалов в наномасштабе — мы теперь признаем, что существует множество различных показателей для оценки физически интересных и экстремальных материалов.

С биологической точки зрения шелк паука известен как самый прочный. Обладая более высоким отношением прочности к весу, чем у большинства обычных материалов, таких как алюминий или сталь, он также примечателен своей тонкостью и липкостью. Из всех пауков в мире пауки Дарвина самые прочные: в десять раз прочнее кевлара.Он настолько тонкий и легкий, что примерно из фунта (454 грамма) шелка коры дарвиновского паука можно составить нить, достаточно длинную, чтобы очертить окружность всей планеты.

Скотт Хорват, USGS

Что касается встречающегося в природе минерала, карбид кремния — встречающийся в природе в форме муассанита — имеет лишь немного меньшую твердость, чем алмазы. (Он по-прежнему тверже любого паучьего шелка.) Химическая смесь кремния и углерода, которые относятся к одному и тому же семейству в периодической таблице, гранулы карбида кремния производятся в массовом порядке с 1893 года. давление, но низкотемпературный процесс, известный как спекание, для создания чрезвычайно твердых керамических материалов.

Эти материалы не только полезны в самых разных областях, где используется твердость, таких как автомобильные тормоза и сцепления, пластины в пуленепробиваемых жилетах и ​​даже боевая броня, подходящая для танков, но также обладают невероятно полезными полупроводниковыми свойствами для использования в электронике. .

Национальные лаборатории Ок-Ридж / flickr

Крошечные кварцевые шарики диаметром от 50 нанометров до 2 нанометров были впервые созданы около 20 лет назад в Национальной лаборатории Сандия при Министерстве энергетики. Что примечательно в этих наносферах, так это то, что они полые, они самособираются в сферы и могут даже вкладываться друг в друга, оставаясь при этом самым жестким материалом, известным человечеству, лишь немного менее твердым, чем алмазы.

Самосборка — невероятно мощный природный инструмент, но биологические материалы слабее синтетических. Эти самособирающиеся наночастицы могут быть использованы для создания нестандартных материалов, от более качественных очистителей воды до более эффективных солнечных элементов, от более быстрых катализаторов до электроники следующего поколения. Тем не менее, технология мечты этих самособирающихся наносфер — это печатные бронежилеты, изготовленные по индивидуальному заказу в соответствии со спецификациями пользователя.

Гетти

Алмазы, конечно, тверже всех этих камней, и по-прежнему занимают седьмое место в списке самых твердых материалов, найденных или созданных на Земле. Несмотря на то, что они были превзойдены как другими природными (но редкими) материалами, так и синтетическими, созданными человеком, они все еще держат один важный рекорд.

Алмазы

остаются самым устойчивым к царапинам материалом, известным человечеству. Такие металлы, как титан, гораздо менее устойчивы к царапинам, и даже чрезвычайно твердая керамика или карбид вольфрама не могут конкурировать с алмазами в отношении твердости или устойчивости к царапинам. Другие кристаллы, известные своей чрезвычайной твердостью, такие как рубины или сапфиры, по-прежнему уступают алмазам.

Но шесть материалов превзошли по твердости даже хваленый алмаз.

Benjah-bmm27 / общественное достояние

6.) Вюрцит нитрид бора . Вместо углерода вы можете сделать кристалл из ряда других атомов или соединений, и одним из них является нитрид бора (BN), где 5-й и 7-й элементы в периодической таблице объединяются, образуя множество возможностей. Он может быть аморфным (некристаллическим), гексагональным (похожим на графит), кубическим (похожим на алмаз, но немного слабее) и формой вюрцита.

Последняя из этих форм чрезвычайно редка, но и чрезвычайно сложна. Образовавшийся во время вулканических извержений, он был обнаружен только в незначительных количествах, а это означает, что мы никогда не проверяли его свойства твердости экспериментально. Однако он образует кристаллическую решетку другого типа — тетраэдрическую вместо гранецентрированной кубической — которая, согласно последним моделированиям, на 18% тверже алмаза.

Хироаки Офудзи и др., Природа (2015)

5.) Лонсдейлит . Представьте, что у вас есть метеор, полный углерода и, следовательно, содержащий графит, который проносится через нашу атмосферу и сталкивается с планетой Земля. Хотя вы можете представить себе падающий метеор как невероятно горячее тело, горячими становятся только его внешние слои; внутренности остаются прохладными на протяжении большей части (или даже потенциально всего) их путешествия к Земле.

Однако при столкновении с поверхностью Земли давление внутри становится больше, чем при любом другом естественном процессе на поверхности нашей планеты, и заставляет графит сжиматься в кристаллическую структуру.Однако он обладает не кубической решеткой алмаза, а гексагональной решеткой, которая на самом деле может обеспечить твердость на 58% выше, чем у алмаза. В то время как реальные образцы лонсдейлита содержат достаточное количество примесей, чтобы сделать их мягче алмазов, графитовый метеорит без примесей, упавший на Землю, несомненно, произвел бы материал более твердый, чем любой земной алмаз.

Джастсейл / Wikimedia Commons

4.) Dyneema . С этого момента мы покидаем царство встречающихся в природе веществ. Dyneema, термопластичный полиэтиленовый полимер, отличается необычайно высокой молекулярной массой. Большинство известных нам молекул представляют собой цепочки атомов с несколькими тысячами атомных единиц массы (протонов и/или нейтронов).Но UHMWPE (полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы) имеет чрезвычайно длинные цепи с молекулярной массой в миллионы единиц атомной массы.

Благодаря очень длинным цепям их полимеров межмолекулярные взаимодействия существенно усиливаются, что создает очень прочный материал. Фактически, он настолько прочен, что обладает самой высокой ударной вязкостью среди всех известных термопластов. Его называют самым прочным волокном в мире, и оно превосходит все швартовные и буксирные канаты. Несмотря на то, что он легче воды, он может останавливать пули и в 15 раз прочнее сопоставимого количества стали.

Роберт Ричи и Мариос Деметриу

3.) Стекло из микросплава палладия . Важно признать, что есть два важных свойства, которыми обладают все физические материалы: прочность, то есть, какое усилие он может выдержать, прежде чем деформируется, и ударная вязкость, то есть сколько энергии требуется, чтобы его сломать или расколоть. Большинство керамических изделий прочные, но не жесткие, они разбиваются при захвате тисками или даже при падении с небольшой высоты. Эластичные материалы, такие как резина, могут удерживать много энергии, но легко деформируются и совсем не прочны.

Большинство стекловидных материалов хрупкие: прочные, но не особо прочные. Даже армированное стекло, такое как Pyrex или Gorilla Glass, не является особенно прочным по шкале материалов. Но в 2011 году исследователи разработали новое стекло из микросплава, состоящее из пяти элементов (фосфор, кремний, германий, серебро и палладий), где палладий обеспечивает путь для формирования полос сдвига, позволяя стеклу пластически деформироваться, а не трескаться.Он побеждает все типы стали, а также все, что ниже в этом списке, благодаря сочетанию прочности и ударной вязкости. Это самый твердый материал, не содержащий углерода.

НАНОЛАБ, ИНК.

2.) Клейкая бумага . С конца 20-го века хорошо известно, что существует форма углерода, которая даже тверже алмаза: углеродные нанотрубки. Связывая углерод вместе в шестиугольную форму, он может удерживать жесткую цилиндрическую структуру более стабильно, чем любая другая структура, известная человечеству. Если вы возьмете совокупность углеродных нанотрубок и создадите из них макроскопический лист, вы сможете создать из них тонкий лист: липкую бумагу.

Каждая отдельная нанотрубка имеет диаметр всего от 2 до 4 нанометров, но каждая из них невероятно прочная и жесткая. Он всего на 10% легче стали, но в сотни раз прочнее. Он огнеупорный, чрезвычайно теплопроводный, обладает потрясающими свойствами электромагнитного экранирования и может найти применение в материаловедении, электронике, военных и даже биологических областях. Но липкая бумага не может состоять из нанотрубок на 100%, что, возможно, не позволяет ей занять первое место в этом списке.

АлександрAlUS/CORE-Материалы flickr

1.) Графен . Наконец: гексагональная углеродная решетка толщиной всего в один атом. Вот что такое лист графена, возможно, самый революционный материал, который будет разработан и использован в 21 веке.Это основной структурный элемент самих углеродных нанотрубок, и их применение постоянно растет. Ожидается, что в настоящее время многомиллионная индустрия графена превратится в многомиллиардную индустрию всего за несколько десятилетий.

По отношению к своей толщине это самый прочный из известных материалов, он является исключительным проводником как тепла, так и электричества и почти на 100% прозрачен для света. Нобелевская премия по физике 2010 г. была присуждена Андрею Гейму и Константину Новоселову за новаторские эксперименты с графеном, а число коммерческих приложений только растет.На сегодняшний день графен является самым тонким из известных материалов, а всего лишь шестилетний перерыв между работой Гейма и Новоселова и их Нобелевской премией — один из самых коротких в истории физики.

Рабочий бит / Wikimedia Commons

Стремление сделать материалы тверже, прочнее, устойчивее к царапинам, легче, прочнее и т. д., вероятно, никогда не закончится. Если человечество сможет раздвинуть границы доступных нам материалов дальше, чем когда-либо прежде, области применения того, что станет возможным, будет только расширяться. Поколения назад идея микроэлектроники, транзисторов или способности манипулировать отдельными атомами, несомненно, была исключительной областью научной фантастики.Сегодня они настолько распространены, что мы воспринимаем их как должное.

По мере того, как мы с полной силой мчимся в эпоху нанотехнологий, материалы, подобные описанным здесь, становятся все более важными и вездесущими для качества нашей жизни. Замечательно жить в цивилизации, где алмазы больше не являются самым твердым из известных материалов; научные достижения, которые мы делаем, приносят пользу обществу в целом. По мере развития 21-го века мы все увидим, что вдруг станет возможным благодаря этим новым материалам.

прочных волокон для долговечного гардероба! – Янантин Альпака

Если вы похожи на меня и хотите реорганизовать свой гардероб, чтобы сделать его более экологичным, вам нужны вещи из прочных тканей. Во время моей охоты за вечным гардеробом я обнаружил, что существует так много доступных тканей, которые могут помочь вам сделать ваш гардероб зеленым!

Инвестируя в прочные ткани, вы сможете носить свою (любимую) одежду гораздо дольше. Когда одежда служит дольше, это означает, что вам нужно реже покупать новую одежду.Покупая меньше одежды, вы можете значительно изменить ситуацию и положительно повлиять на окружающую среду.

В общем, чем дольше прослужит одежда, тем лучше она для окружающей среды. Если бы мы все начали покупать меньше одежды, количество экологических проблем уменьшилось бы.

Рассмотрим некоторые примеры более подробно. Вот мои любимые ткани для вечного гардероба (в произвольном порядке).

1.

Лен

Лён — пример тех старинных тканей, которые, кажется, просто не стареют.В прямом смысле! Льняные ткани служат невероятно долго, так как лен изготавливается из луба льна. Он очень прочный и долговечный, а льняная одежда не станет безобразной, старой или изношенной.

Согласно Magic Linen , лен считается самым прочным натуральным волокном в мире. Обычно он толще хлопка и, следовательно, имеет более длительный срок службы.

Льняные ткани отлично пропускают воздух, а это значит, что они не будут легко пахнуть.Согласно коду Wholesome Linen , лен также обладает антибактериальными свойствами, а это означает, что когда вы начинаете чувствовать себя немного потным в льняной одежде, ткань сможет предотвратить рост бактерий или уничтожить их по мере их появления.

В свою очередь, это означает, что льняные вещи нужно стирать гораздо реже! Несмотря на то, что лен со временем становится мягче, в конце концов всегда лучше стирать одежду экономно: стирка одежды (независимо от ткани!) всегда изнашивается и, возможно, повреждает волокна.

Как я уже сказал, для льняной одежды это может быть не такой большой проблемой, потому что еще одно преимущество льняной одежды заключается в том, что со временем она становится мягче! Это означает, что старую одежду, вероятно, даже удобнее носить! Разве это не беспроигрышный вариант?!

Помимо того, что одежда из льна очень удобна в носке, она очень, очень вероятно сохранит свою форму и цвет с течением времени. В то время как многие ткани со временем начинают терять свою форму и новизну, льняные ткани сохранят свой внешний вид в долгосрочной перспективе.

2. Конопля

Конопля и лен очень похожи, потому что обе ткани сделаны из лубяных волокон. Основное различие между коноплей и льном заключается в том, что лен получают из растения льна, а пеньку — из растения конопли.

По данным Hemp Traders , конопля также является одним из самых прочных натуральных волокон в мире. Он мало растягивается и поэтому легко сохраняет свою форму в течение длительного периода времени.

Конопля пропускает воздух, поэтому ее удобно носить в теплую погоду.Преимущество конопли в том, что она также обладает противогрибковым действием (согласно Торговцам коноплей ), поэтому бактерии и неприятные запахи остаются на расстоянии!

Поэтому одежду из конопли

нужно стирать редко. Ограничив время стирки изделий из конопли, они, конечно, останутся прочнее. Но, опять же, как и льняные, при стирке конопляные вещи с каждой стиркой становятся мягче.

Одежда из конопли сохраняет свою форму, цвет и качество с течением времени.

3.Вискоза (изготовлено из сертифицированного FSC эвкалипта!)

Пока я стараюсь избегать синтетических волокон, я должен добавить вискозу в список прочных волокон. Теперь я также должен добавить, что я использую вискоза только для своей спортивной одежды и нарядов для девочек (смеется).

Вискоза — это полусинтетическое волокно, что означает, что оно имеет натуральный источник (обычно древесную массу, но я предпочитаю эвкалипт — подробнее об этом позже), но подвергается промышленной (химической) обработке для превращения в волокно.

Итак, вот загвоздка с вискозой: вискоза частично натуральна и поэтому часто (ошибочно) продается как устойчивое волокно.Однако не все вискозы производятся одинаково, и поэтому не все вискозы долговечны и экологичны!

Район, который я люблю использовать сам, сделан из эвкалипта FSC ( Лесного попечительского совета ). В соответствии с Patagonia эвкалипт намного прочнее других материалов, используемых для производства вискозы, таких как обычная древесная масса (сосна, ель) или бамбук, и поэтому намного долговечнее!

Для меня это важно, потому что искусственный шелк по-прежнему производится руками человека, и для его превращения в ткань всегда требуются химические вещества.Выбирая долговечный источник, вы можете значительно ограничить сумму, необходимую для покупки новой (спортивной) одежды!

Даже вискоза из эвкалипта не идеальна: она не обладает природными антибактериальными свойствами. Вискоза в целом также очень склонна к скатыванию и распушиванию, особенно после стирки, а учитывая, что большая часть моей одежды из вискозы часто является спортивной одеждой, мне нужно ее постирать! — так что это недостаток, который потенциально может сократить срок службы вашей одежды из вискозы.

К счастью, есть и другое решение, и вы можете поискать одежду из вискозы, которая не была обработана формальдегидной пропиткой для предотвращения катышков, но с органической и биоразлагаемой пропиткой.

4. Шерсть альпаки

Лен, пенька, хлопок (внизу) и шелк (внизу) — это волокна, которые невероятно удобно носить летом. И хотя более толстая одежда может согреть вас в теплые зимние дни, я люблю иметь теплый свитер для действительно холодных дней! И вот тут на помощь приходит шерсть альпаки!

В частности, шерстяные изделия, но особенно шерсть альпаки, прочныеgggg.Я даже читал, что шерсть альпаки — самое прочное волокно млекопитающих в мире.

( Подробнее об этом в другой статье я писал: Насколько прочна шерсть альпаки? )

Волокна альпаки имеют особую текстуру, которая делает их гибкими, но прочными.

Шерстяные волокна

Alpaca имеют особенно мелкие чешуйки, что является уникальным для их текстуры волокна. Эти чешуйки делают одежду из шерсти альпака очень устойчивой ко многим вещам: от ветра и дождя до огня и износа.

Шерстяные изделия из альпаки

также долго сохранят свой новый вид. Волокно от природы блестящее и почти шелковистое, и при правильном уходе изделия из шерсти альпака останутся красивыми и будут как новые!

В настоящее время большинство шерстяных волокон склонны к скатыванию, растяжению и валянию, и то же самое в определенной степени относится к альпаке. Однако для большей части пряжи из альпаки (и другой высококачественной шерсти) используется длинная пряжа, что означает, что ворсинки достаточно длинные, чтобы предотвратить большую часть пиллинга и пуха.

Волокна

Alpaca обладают высокой эластичностью и возвращаются к своей нормальной форме и размеру, когда их растягивают (читай: часто носят!).

Валяние происходит только тогда, когда за шерстяными предметами одежды из альпаки не ухаживают должным образом, и в большинстве случаев его можно предотвратить. Самый простой способ сделать это — просто не стирать шерстяные вещи из альпаки. Достаточно легко, правда?!

Шерсть альпаки

обладает некоторыми антибактериальными свойствами, что означает, что она не будет легко пахнуть.Какие бы запахи ни задерживались внутри волокна, они быстро выветриваются, потому что шерсть альпаки очень воздухопроницаема.

Я основал Yanantin Alpaca, чтобы расширить возможности женщин в Боливии. Одна из замечательных вещей, которые я обнаружил в этом путешествии, заключается в том, что шерсть альпаки не только невероятно мягкая, но также очень прочная и экологически чистая. Ознакомьтесь с изделиями из шерсти альпака в моем интернет-магазине, нажав на ссылку!

Yanantin Alpaca Устойчивые и долговечные продукты

5.

Шелк

Шелк считается самым прочным животным волокном (согласно Sewguide – хотя я считаю, что шелк паука технически прочнее, и я считаю, что улитка недавно выиграла конкурс на самое прочное волокно: подробнее читайте в Science Mag )

Но, так или иначе, шелк крепок ! Тем не менее, шелковая одежда обычно изготавливается из очень тонкой пряжи, что делает ее немного более уязвимой к повреждениям и износу.

Но-но, шелка не было бы в этом списке, если бы он не был прочной тканью, так что в ношении шелка должны быть какие-то преимущества!

Действительно, есть.Много, на самом деле.

Шелк — это очень роскошное и роскошно выглядящее волокно благодаря своему блестящему внешнему виду и тактильным ощущениям. Очень мягкий на коже, потому что ткань очень тонкая. Самое замечательное в шелке то, что его можно сделать таким тонким, потому что эти шелковые волокна прочны. Вам не нужно связывать их, чтобы сделать их прочными: тонкий кусок шелковой пряжи уже очень прочный.

Шелк

также является воздухопроницаемым и поэтому не будет легко впитывать запахи или запахи тела, такие как пот — если вы вообще потеете, потому что шелк — это одна из тех легких тканей , которые отлично подходят для жарких летних дней!

Согласно Hindustan Times , шелк также обладает антибактериальными свойствами и, следовательно, является еще одним важным преимуществом, когда речь идет об одежде, которую не нужно часто стирать.И вы уже знаете, в чем преимущество этого: чем меньше стирки, тем меньше износ и одежда, которая будет хорошо выглядеть в течение более длительного периода времени.

Шелк требует правильного ухода и обработки для получения наиболее долговечных результатов 🙂

6. Ангорская шерсть

Ангорская шерсть — еще один тип шерсти, более прочный, чем обычная шерсть! Хотя ангорская шерсть, возможно, не самое прочное шерстяное волокно, она определенно достаточно прочная, чтобы попасть в этот список.

Ангорская шерсть имеет пушистую текстуру и гораздо более игрива, чем другие шерстяные волокна.Поэтому он не так склонен к скатыванию, как другие шерстяные волокна. Это большое преимущество, так как одежда из ангорской шерсти долго сохраняет новый вид.

При правильном уходе вы можете предотвратить линьку и сваливание ангорской шерсти – два недостатка ангорской шерсти. Но если вы стираете одежду из ангорской шерсти экономно, вы обнаружите, что она прослужит долго!

Ангорская шерсть устойчива к запахам, как и многие другие шерстяные волокна , поэтому ее не нужно часто стирать.Это, конечно же, способствует долговечности одежды из ангорской шерсти, так как в этом случае она прослужит дольше.

Несмотря на то, что ангорская шерсть не обладает наилучшей эластичностью, она обладает отличными влагоотводящими свойствами , что должно помочь предотвратить потерю формы одежды при намокании. А учитывая, что это самый большой риск для одежды из ангорской шерсти потерять форму, это поможет увеличить ее износостойкость.

7. Мохер

Мохер

во многих отношениях очень похож на ангорскую шерсть и, следовательно, имеет такие же прочностные характеристики.В то время как мохер получают из козы, а ангору из кролика, они представляют собой блестящие и шелковистые волокна.

Мохер сильно извит: это вьющееся волокно, обладающее большой упругостью. Это означает, что изделие из мохера с большой вероятностью сохранит свою форму с течением времени. Даже если его временно растянуть, свитер из мохера вернется к своей первоначальной форме.

Кроме того, мохер — прочное волокно, которое нелегко сломать или повредить.Она имеет тот же вьющийся вид, что и ангорская шерсть, и поэтому будет выглядеть игривой и вьющейся! Хотя он склонен к линьке, не так уязвим для пиллинга.

Мохер

тоже вряд ли войлочный, что помогает сохранить его первоначальную мягкость и пушистость! Особенно с таким пушистым волокном, как мохер, вы можете подумать, что валяние представляет собой один из самых больших рисков. Но, согласно Masterclass , у мохера нет чешуи, поэтому не будет чувствоваться вообще!

Отталкивающий запахи и дышащий мохер не будет легко пахнуть и может перемещать запахи (воздух), когда они впитываются тканью.Мохер также антибактериальный, как и другие шерстяные волокна: еще одно преимущество, когда речь идет об ограниченной потребности в стирке изделий из мохера и уходе за ними!

8. Пух бизона

Пух бизона — это волокно, которое становится все более популярным среди любителей экологичной моды! Это сверхпрочное волокно, которое со временем становится еще мягче!

Одним из удивительных преимуществ пуха бизона является то, что он не дает усадку при стирке (по крайней мере, когда температура воды не меняется!), поэтому он всегда будет сохранять свой первоначальный размер, что бы с ним ни случилось!

Согласно All About Bison , пух бизона намного прочнее овечьей шерсти, что способствует его долговечности. Его длина волокна составляет от 1 до 2 дюймов, что достаточно для получения прочного и длинного волокна. Чем длиннее волокно, тем прочнее ткань и меньше шансов на скатывание или осыпание.

Волокна бизона также редко нужно стирать, так как они пропускают воздух и обладают замечательным свойством волокна перемещать воздух.

Бизон часто смешивают с другими волокнами для улучшения его свойств, поэтому смеси с бизоньим пухом также являются отличным вариантом, если вы ищете устойчивую и долговечную одежду!

Я написал статью о других шерстяных смесях, которые мне нравятся, прочтите ее здесь:
12 шерстяных смесей, которые вам понравятся

9.Кивиут

Кивиут считается одним из самых мягких и теплых волокон на этой планете, и поэтому имеет отличную цену! Это вторая самая дорогая ткань после викуньи.

К счастью, когда вы покупаете одежду из пряжи кивиут, вы можете рассчитывать на ее долговечность.

Qiviut не ощущается и не садится, а волокна со временем становятся мягче. Это прочное волокно, которое будет сохранять свою форму, несмотря на то, что оно не очень эластичное.

Так как кивиут такой легкий, он отлично драпируется, а это значит, что он отлично смотрится на любой фигуре и придает элегантный вид! Благодаря прочному волокну этот внешний вид сохранится с течением времени, и вам не придется беспокоиться о том, что он потеряет свою новизну или привлекательность.

Овцебык (животное, производящее кивиут) живет в крайне холодном климате, но с наступлением весны сбрасывает эту часть своего подшерстка. Тем не менее, кивиут пропускает воздух, поскольку образует изолирующий слой между толстым внешним покровом овцебыка, защищая его от ледяных ветров и экстремально низких температур.

Кивиут также может поглощать, а затем испарять большое количество воды (дождь, пот), что делает его устойчивым к запахам. Волокна Кивиут пропускают воздух и поэтому не впитывают запахи с легкостью, а если это так, то воздух перемещается быстро и легко.

10. Хлопок

Вы можете задаться вопросом, должен ли хлопок быть в этом списке или нет. Думаю, так и должно быть, несмотря на то, что это не одно из самых прочных волокон. На самом деле, многие люди считают хлопок совсем не прочным.

Вот причина, по которой я считаю хлопок прочным: у вас есть джинсы? Джинсовая куртка? Что-нибудь еще из джинсового? Эти одежды СИЛЬНЫ! Если вы инвестируете в джинсы хорошего бренда из 100% (органического) хлопка — без полиэстера или эластичных добавок — они могут прослужить очень и очень долго!

В общем, хлопок является прочным волокном .Конец истории.

В соответствии с Livestrong , Он становится прочнее даже во влажном состоянии, что означает, что вы можете многократно стирать хлопок, не теряя своей прочности. Большинство волокон изнашиваются при стирке (часто).

Хлопок

также слегка эластичный, что делает волокно более комфортным после пары носков. В качестве недостатка вам, возможно, придется уменьшить вашу любимую пару джинсов после того, как вы наденете их пару раз, но обычно хлопок становится менее жестким, когда вы его носите.

Хлопок также может поглощать большое количество влаги, что может как увеличить, так и сократить срок службы одежды. Как правило, тот факт, что она может впитывать влагу, означает, что она может стать удобной альтернативой спортивной одежде, если вы хотите использовать натуральные волокна вместо вискозы.

С другой стороны, это также означает, что он становится местом размножения бактерий, вызывающих потенциальные проблемы с запахом. Однако тот факт, что хлопок можно стирать при высокой температуре, не повреждая волокно , должен решить проблему бактерий.

Каковы характеристики прочных тканей?

Как правило, есть несколько вещей, которые способствуют долговечности одежды или ткани. Например, прочные ткани:

Устойчивый к запаху
  • Не теряет блеска и мягкости

    • 6 Ткани с рейтингом от лучшего к худшему

     

    _____

     

    3.
    Бамбук (такой же, как вискоза или вискоза)

    Натуральное волокно, изготовленное из бамбука. Бамбук быстро поднимается в рейтинге экологически чистых тканей, но он не такой чистый, как мы думаем.

     

    Бамбук — одно из самых быстрорастущих растений в мире, что делает его удивительным ресурсом. Для выращивания требуется очень мало воды и никаких удобрений или пестицидов. Несмотря на это, процесс превращения бамбука в ткань на самом деле очень химически интенсивен, чтобы превратить его в мягкую ткань, которую мы все любим.При производстве бамбукового волокна образуется довольно много отходов (50% опасных отходов производства не могут быть утилизированы и попадают в окружающую среду). Кроме того, поскольку большая часть бамбука, который мы используем, поступает из Китая, трудно регулировать использование пестицидов (так много производителей используют их, чтобы максимизировать свою производительность, но не всегда декларируют это), поэтому бамбуковые воды могут быть мутными и не всегда так ясно, как мы думаем.

     

    Бамбук естественным образом хорошо впитывает пот, вытягивая влагу из кожи для испарения, что называется влагоотведением.Заявления о том, что оно обладает естественными антибактериальными свойствами или устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, неясны, поскольку процесс превращения его в волокно, по-видимому, опровергает это. Сама ткань невероятно мягкая и прекрасно ощущается на коже.

     

    Из-за своего химически интенсивного производства бамбук не так устойчив, как мы думаем, и, хотя он может разлагаться биологически, он считается тканью, занимающей промежуточное положение между натуральными и синтетическими материалами. Он должен быть надлежащим образом переработан на предприятии, а не просто в вашем компосте, а микроволокна вызывают беспокойство у бамбука. Вот еще немного информации о бамбуке, вискозе и вискозе.

     

    Примечание: аналогичный материал под названием лиоцелл, также известный под торговой маркой TENCEL ®, находится на подъеме. В этой ткани используется процесс с обратной связью для повторного сбора и повторного использования 99% химического раствора. Его часто делают из экологически чистых эвкалиптов, что делает его все более популярным вариантом зеленой ткани.

     

    Примечание Джулии из Logan and Finley:  «Не все бамбуки одинаковы – в Logan & Finley мы продаем замкнутый цикл бамбук и другие сертифицированные ткани, что означает, что ткани перерабатываются с минимальными отходами. и бамбук получен экологически безопасным способом.   Miik  является примером бренда, рассчитанного на очень долгое время и очень тщательно изготовленного из экологически чистых волокон, включая бамбук, и по уважительной причине является фаворитом многих ваших гардеробов, и я включил ссылку на их ткани. страницы устойчивого развития». JS 

    Какая самая прочная наружная ткань и почему она долговечная?

    Основное определение долговечности — это «способность выдерживать многократное использование в течение довольно длительного периода времени». Тем не менее, это определение все еще не дает многого, когда речь идет о выборе обивочной ткани, которая остается привлекательной и сохраняет форму в течение многих лет.Когда дело доходит до получения этой конкретной информации, нам нужно немного углубиться в технические аспекты и обратить внимание на несколько более измеримых факторов:

    В текстильной промышленности существует множество текстильных стандартов, которые проверяют ткани на прочность. Долговечность обивочной ткани чаще всего проверяется на «стойкость к истиранию», которая представляет собой измерение того, сколько раз ткань можно протирать, прежде чем проявится значительный износ (определяемый как два или более разрыва пряжи).

    «Тест Визенбека» считается североамериканским стандартом для испытания ткани на стойкость к истиранию.Он измеряет долговечность в «двойном трении». В лаборатории это означает, что механическая рука, покрытая хлопчатобумажной утиной тканью, двигается вперед и назад по тестируемой ткани. В реальной жизни этот процесс приравнивается к тому, чтобы сесть на стул в джинсах, а затем снова встать — тысячи раз за весь срок службы мебели. Тест Визенбека сжимает этот износ в гораздо более короткий период времени.

    Оценка ткани определяется тем, сколько двойных протираний кусок ткани может выдержать в лаборатории, прежде чем появятся признаки износа.Оценки варьируются от «деликатных условий эксплуатации» (менее 3000 двойных протираний) до «сверхтяжелых» (более 30 000 двойных протираний; это ткани, предназначенные для ежедневного применения в залах ожидания в аэропортах или больницах).

    Ткань Phifer’s GeoBella ® была протестирована на устойчивость к минимум 30 000 двойных протираний, классифицируя ее как сверхпрочную ткань, которая выдержит многие летние дни отдыха у бассейна. Ищете что-то более сильное? Наша линия дизайнерских тканей Phifertex ® испытала превосходные результаты, выдержав более 100 000 двойных протираний, что ставит ее на шаг впереди даже самых прочных сверхпрочных тканей!

    Для тканей, которые будут подвергаться давлению (например, ткани для слингов для стульев), существуют различные тесты на разрыв, чтобы определить, какое усилие ткань может выдержать, прежде чем она порвется. Эти тесты также проводятся в лаборатории. В некоторых из этих тестов используется падающий маятник, а в других используется машина для зажима и натяжения ткани с разным натяжением и грузом.

    Не так часто можно увидеть ткани с рейтингом прочности на разрыв, но большинство тканей, продаваемых в качестве обивочных тканей, таких как GeoBella ® , будут иметь минимум 50 фунтов (22,7 кг), что означает, что на них ушло не менее 50 фунтов (22,7 кг) давления, чтобы вызвать разрыв. Прочные ткани для стульев на открытом воздухе будут иметь гораздо более высокий минимум.Наши ткани Phifertex ® имеют минимальный разрыв в 100 фунтов (45,4 кг), тогда как наши сверхпрочные Phifertex ® Wicker Weaves имеют минимальный разрыв в диапазоне от 120 до 125 фунтов (от 54,4 до 56,7 кг). .

    Какой самый прочный материал на земле?

    Если вы любите комиксы (и фильмы) Marvel, то знаете, что во вселенной, созданной Стэном Ли, самым прочным материалом на Земле является металлический вибраниум. Из него, в частности, был изготовлен щит Капитана Америки и костюм черной пантеры, в родной стране которой — Ваканде — он был найден.В комиксах этот материал существует в нескольких вариантах и ​​встречается в изолированных регионах нашей планеты. Вибраниум также обладает способностью поглощать все вибрации поблизости, включая кинетическую энергию (энергию движущегося тела), направленную непосредственно на него. В действительности, конечно, вибраниума не существует, но это не значит, что на Земле нет ни одного материала, способного с ним конкурировать. Но какой самый прочный материал на нашей планете?

    От автомобиля до некоторых электронных устройств в вашем доме — как на природе, так и в лаборатории — современный мир наполнен впечатляющими материалами.Более того, ученые постоянно ищут новые материалы, которые можно было бы использовать в быту, в лабораториях и даже в космосе. Но измерение прочности материала не эквивалентно измерению твердости. Можно подумать, что эти два слова синонимы, но для опытного специалиста это далеко не одно и то же.

    Прочность материала определяет его устойчивость к деформации, а твердость позволяет узнать, легко ли поцарапать материал.

    Что такое карбид кремния?

    Карбид кремния представляет собой неорганическое химическое соединение кремния и углерода. В природе карбид кремния можно найти в чрезвычайно редком минерале муассаните. Муассанит в природе можно найти в некоторых видах метеоритов, а также в месторождениях кимберлита и корунда. Материал используется как имитация алмазных вставок в ювелирных изделиях, однако чаще всего карбид кремния применяется в автомобильной промышленности, электротехнических и астрономических приборах.Важно понимать, что почти любой карбид кремния, который используется в промышленности, является синтетическим.

    Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году Фердинандом Анри Муассаном в виде гексагональных пластинчатых включений в метеорите каньона Дьябло в Аризоне. Минерал получил свое название в 1905 году. Хотя карбид кремния на Земле невероятно трудно обнаружить, он широко распространен в космосе. Так, муассанит присутствует в газовых облаках вокруг звезд, богатых углеродом, а также в первозданных метеоритах.

    Как и почему используются титановые сплавы?

    Титановые сплавы — это сплавы, основным компонентом которых является титан (легкий прочный металл серебристого цвета). Титановые сплавы используются во многих отраслях промышленности, включая спортивные автомобили, коммерческие самолеты и ракеты. Титановые сплавы очень устойчивы к коррозии. Однако из-за дороговизны производства эти материалы используются только в высокотехнологичных производствах. По распространенности на Земле титан находится на 10 месте, по содержанию в земной коре — 0.57 % по массе, а в морской воде – 0,001 мг/л. В земной коре титан почти всегда присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. В крупных коренных месторождениях титан встречается в России, США, Казахстане, Китае, Норвегии, Швеции и др.

    Шелк паука — один из самых прочных материалов на Земле.

    На самом деле, шелк паука — один из самых прочных природных материалов на нашей планете. Как вы, наверное, знаете, пауки используют паутину для ловли добычи и защиты потомства.Хотя прочность паучьего шелка варьируется от вида к виду, паучий шелк почти так же прочен, как нержавеющая сталь. Согласитесь, это довольно серьезно. Именно поэтому человек-паук из небезызвестной выдуманной вселенной умеет так лихо и с пользой использовать паучий шелк. Возможно, в будущем шелк паука будет использоваться в качестве мышц для роботов.

    Алмаз – самый твердый природный минерал

    Алмаз

    — самый твердый из известных природных минералов, когда-либо найденных на нашей планете.Еще одним удивительным свойством этого природного минерала является его способность иметь неограниченный срок существования. Следует отметить, что алмаз является редким, но в то же время достаточно распространенным минералом. Месторождения промышленных алмазов находятся на всех континентах, кроме Антарктиды. Из-за разного количества цветов бриллианты используются в самых разных отраслях, в том числе в производстве. В то же время, несмотря на свою твердость, алмаз очень легко поцарапать – но только другим алмазом. До сих пор нет точных научных данных о происхождении и возрасте алмаза, хотя по некоторым исследованиям его возраст может варьироваться от 100 миллионов до 2 лет.5 миллиардов лет.

    Более того, известны метеоритные алмазы внеземного происхождения, так как этот самый твердый природный минерал на Земле также образуется при ударе при падении крупных метеоритов на нашу планету. Однако самым удивительным свойством алмаз обладает после того, как его поместили ученые.

    Почему графен — материал будущего?

    Графен — самый прочный материал, известный человеку. Будучи прозрачным, графен состоит из однослойного атома углерода, расположенного в треугольной решетке, и является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок. По своей прочности графен превосходит сталь в 200 раз. Разнообразие химических и физических свойств этого самого прочного материала на Земле обусловлено кристаллической структурой и химической связью атомов углерода, из которых состоит графен. Используйте этот удивительный материал в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Конечно, графен — не вибраниум, но вполне способен составить ему конкуренцию, учитывая, что в будущем с помощью графена ученые наверняка сделают огромное количество разнообразных открытий.Так вот, с помощью этого сверхпрочного и тонкого материала ученые смогут восстанавливать сломанные кости и даже предотвращать переломы.

    Если вы нашли орфографическую ошибку, пожалуйста, сообщите нам, выделив этот текст и нажав Ctrl+Enter .

    Сообщение обновлено! Дата: 27 НОЯБРЯ 2021 г., 00:50 UTC

    Прочный строительный материал — обзор

    1 Введение

    Отключения электроэнергии оказывают значительное экономическое и социальное воздействие на сообщества во всем мире. Растущая зависимость общества от электричества снижает терпимость к перебоям в подаче электроэнергии и, следовательно, подчеркивает необходимость повышения устойчивости энергосистемы к стихийным бедствиям. Хотя эти опасности представляют собой события с низкой вероятностью, даже одно возникновение экстремального события может иметь катастрофические последствия для инфраструктурных систем. Например, в 2017 г. ураган Харви достиг Техаса как ураган 4-й категории и привел к серьезным повреждениям построенной инфраструктуры [1, 2]. Хотя вероятность возникновения невелика по сравнению с другими нарушениями, она не является существенно малой.Например, за последние четыре десятилетия в штате Техас погодные явления происходили с частотой 1,7 события в год [2]. Таким образом, необходимо подготовить инфраструктурные системы к этим маловероятным событиям с большими последствиями в регионах, подверженных опасностям, путем принятия некоторых стратегий [3]. Недавние экстремальные погодные явления нанесли значительный ущерб электрической инфраструктуре и оставили без электричества большое количество потребителей [4]. Фактически экстремальные климатические явления, такие как ураганы, вызывают более 80% отключений электроэнергии в Соединенных Штатах [5].В качестве недавнего примера: в октябре 2020 года ураган «Зета» обрушился на Мексиканский залив и оставил без электричества более 2,6 млн жителей, в то время как ураган категории 2 достиг только на пике своего развития [6]. Среди компонентов энергосистемы распределительные электрические сети (РПС) являются наиболее уязвимыми перед лицом экстремальных климатических явлений [7,8]. Таким образом, учитывая разрушительные региональные и национальные последствия, которые могут повлечь за собой ураганы, и постоянно растущую зависимость общества от электричества, повышение устойчивости сетей электроснабжения к ураганам имеет решающее значение для общественной безопасности и экономического процветания.

    Устойчивость — это способность системы поглощать удары и быстро восстанавливаться после возмущений [9–11]. Устойчивость считается комплексной мерой, основанной на оценке риска, благодаря ее способности отражать как ущерб, нанесенный системе, что является проблемой надежности, так и эффективность восстановления системы. В нескольких исследованиях была предпринята попытка повысить устойчивость PDN с помощью планирования (например, , [12,13]). Эффективной стратегией повышения устойчивости ГРЭС является замена пришедших в негодность опор на новые, однако это мероприятие является дорогостоящим.В отличие от стратегии корректирующего обслуживания, которая применяется после возникновения сбоя, профилактическое обслуживание выполняется до потенциального сбоя, чтобы снизить вероятность нарушения работы служб, предоставляемых системой. Последнее обслуживание включает в себя широкий спектр методов, от периодической химической обработки до замены столбов новыми деревянными столбами или даже новыми столбами из прочных строительных материалов (например, , [14,15]). На практике коммунальные предприятия проводят ежегодные проверки и профилактические мероприятия для обеспечения безопасности ПДН.Фактически, Национальный кодекс электробезопасности (NESC) [16] предписывает коммунальным предприятиям заменять изношенные деревянные столбы новыми. NESC отдает приоритет замене деревянных опор, исходя из оставшейся прочности этих конструкций. Этой стратегии придерживаются более чем в 90% штатов США в качестве решения по укреплению безопасности для повышения надежности PDN [17]. В частности, требование NESC требует замены опор, как только их оставшаяся прочность упадет ниже двух третей от первоначальной прочности. Эта стратегия профилактического обслуживания неадекватна, так как не учитывает все факторы, влияющие на вероятность выхода из строя опор.Управление, основанное на надежности, может помочь устранить это ограничение стратегии NESC. Хотя управление на основе надежности учитывает вероятность отказа полюсов при поиске оптимальных действий по профилактическому обслуживанию, оно не принимает во внимание важность полюсов для сетевых услуг в процессе принятия решений. Подобно управлению, основанному на надежности, стратегия NESC, основанная на прочности, также не учитывает риски, связанные с выходом из строя опор. Например, у столба, который обслуживает несколько клиентов, может быть более высокая вероятность отказа, чем у столба, который обслуживает большое количество клиентов. Если при принятии решения не учитываются последствия сбоя для сетевых сервисов, приоритетной становится замена бывшего полюса, поскольку он играет более важную роль в надежности системы. Тем не менее, если последствия отказа сети рассматривать с точки зрения риска, замена последнего полюса может быть более выгодной для PDN, поскольку это может уменьшить количество отключений электроэнергии в случае, если ураган обрушится на систему. Управление системами на основе рисков было исследовано для различных сооружений, подверженных экстремальным явлениям, таких как мосты [18–20], здания [21–23] и системы дамбовой инфраструктуры [24].В случае с опорами в качестве альтернативы стратегии NESC, основанной на мощности, были предложены стратегии определения приоритетов на основе риска (например, , [25, 26]). Например, авторы предложили метрику риска, называемую ожидаемым сокращением количества отключений (EOR), для приоритизации замены опор на основе ожидаемого сокращения отключения электроэнергии в случае замены существующего столба новым [25]. Тем не менее отсутствие интеграции с методами оптимизации ставит под сомнение оптимальность этих стратегий профилактического обслуживания.

    Учитывая ограниченный доступный бюджет и ресурсы, требуется оптимизация для облегчения оптимального профилактического обслуживания больших систем. Руководствуясь этим фактом, авторы разработали модель смешанно-целочисленного нелинейного программирования (MINLP) и решили эту модель с помощью алгоритма ветвей и границ (BB), чтобы определить оптимальное планирование профилактического обслуживания для повышения отказоустойчивости PDN [27]. В этой главе авторы исследуют применение эволюционного алгоритма (ЭА) для определения оптимальных действий по профилактическому обслуживанию для повышения отказоустойчивости сетей PDN в течение всего жизненного цикла.В частности, в этой главе представлена ​​схема принятия решений для повышения устойчивости сетей PDN, подверженных постепенному ухудшению состояния и подверженных риску воздействия нескольких стохастических ураганов в течение горизонта принятия решений. Предлагаемая структура объединяет моделирование опасности ураганов, производительность физических компонентов PDN и вероятностную количественную оценку устойчивости для формирования нелинейной задачи оптимизации с ограничениями (CoP) с бинарными переменными решения. Эта модель оптимизации облегчает управление PDN на основе рисков с целью максимизации отказоустойчивости в течение жизненного цикла путем определения оптимальных действий по профилактическому обслуживанию.Основная сложность этой задачи оптимизации возникает из-за большого количества комбинаций возможных действий по техническому обслуживанию в течение расширенного горизонта принятия решений, а также из-за существующих ограничений.

    Учитывая сложность и масштаб CoP для повышения устойчивости, здесь представлен EA для решения этой проблемы. Советники — это подмножество метаэвристических алгоритмов, сочетающих рандомизацию и локальный поиск, вдохновленные природными явлениями, для решения задач глобальной оптимизации. Вдохновленные биологической эволюцией, советники стали своего рода простым и эффективным инструментом оптимизации, не требующим особых знаний предметной области. Обычно советники начинаются со случайно сгенерированной популяции, которая эволюционирует в последующих поколениях. Одной из ключевых особенностей EA является то, что лучшие люди объединяются для формирования следующего поколения, что позволяет оптимизировать популяцию на протяжении поколений.

    АП включают несколько основных групп методов, таких как генетический алгоритм (ГА) [28], генетическое программирование (ГП) [29], стратегия эволюции (ЭС) [30] и дифференциальная эволюция (ДЭ) [31]. Как важная ветвь EA, DE была первоначально введена Сторном и Прайсом [31].Как и другие советники, DE представляет собой алгоритм оптимизации на основе популяции, который решает сложные задачи оптимизации. Простая процедура реализации DE увеличила его применение во многих областях. DE имеет три основных преимущества: (1) он способен найти истинный глобальный минимум мультимодального пространства поиска независимо от начальных значений параметров, (2) имеет быструю сходимость и (3) требует ограниченных параметров управления [32] . Первоначально DE был разработан для решения задач неограниченной оптимизации.Однако, благодаря популярности и потенциалу ДУ, были разработаны методики, основанные на ДУ, для решения ПС [33–36]. DE также применялся к задачам, касающимся бинарных переменных [37–45], что соответствует профилю обсуждаемой здесь проблемы.

    В этой главе представлен алгоритм бинарной дифференциальной эволюции (BDE) для задач оптимизации с ограничениями и применяется метод повышения оптимальной устойчивости PDN. Этот алгоритм, называемый BICDE, представляет собой интеграцию алгоритма BDE, предложенного Гонгом и Тусоном [38], с улучшенным ( μ + λ ) алгоритмом дифференциальной эволюции с ограничениями (ICDE), предложенным Jia et al.[36]. Остальная часть этой главы изложена следующим образом: в разделе 2 представлен обзор изучаемой PDN и представлены подробности модели оптимизации. Более подробное введение в DE, BDE, стратегию обработки ограничений и алгоритм IBCDE представлено в разделе 3 этой главы.

    No related posts.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *