Российские ученые открыли и начали синтезировать новые сверхпрочные и износостойкие материалы, которые станут недорогой заменой алмаза.
Благодаря своим уникальным свойствам, алмазы нашли широкое применение в горнодобывающей, космической и оборонной промышленности. Они являются эталоном прочного твердого материала, хорошо сопротивляющегося трению. Однако его недостатком является высокая стоимость, а экспериментальный поиск достойных заменителей методом проб и ошибок нерентабелен.
Поэтому исследователи из Сколковского института науки и технологий и МФТИ использовали компьютерный алгоритм, чтобы разработать прогностический инструмент для поиска моделей новых более доступных материалов с оптимальным сочетанием показателей жесткости и вязкости разрушения.
В ходе работы они применили недавно разработанный поиск по Менделееву, который учитывает все возможные комбинации элементов в периодической таблице, и свой алгоритм для определения подходящих вариантов. В результате модель предсказала комбинации веществ с оптимальными характеристиками кристаллической структуры. При этом свойства уже известных материалов были предсказаны с точностью более 90%, что доказало эффективность метода.
Из полученных данных была составлена так называемая «карта сокровищ», отражающая наиболее перспективные жесткие химические соединения, которые можно легко синтезировать.
Ученые уже приступили к синтезу одной из предложенных комбинаций – пентаборид вольфрама (WB5), имеющий высокий показатель твердости по Виккерсу ~ 45 ГПа (у алмаза 60-120 ГПа) и вязкости разрушения ~ 4 МПа м0,5. Он термодинамически стабилен при атмосферном давлении и, по прогнозам, сохранит превосходные механические свойства даже при 2000 К.
Исследование является частью промышленного проекта, посвященного поиску новых материалов для буровых долот, используемых для доступа к нефтяным и газовым месторождениям.
Ранее мы также сообщали о том, что инженеры изготовили стекло, которое не трескается.
текст: Илья Бауэр, фото: Сколтех, lbdiamantaire