โลหะชนิดใหม่ที่แข็งกว่าเหล็ก

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาวัสดุชนิดใหม่ที่น่าจะมีความแข็งมากกว่าเหล็กหรือ titanium ทำให้มันมีความแข็งแรงมากที่สุดในพวกโลหะ

Bulk metallic glasses (BMGs) ได้ถูกพัฒนามาเป็นเวลา 15 ปีแต่เนื่องจากการที่มันมี Ductility ที่ตํ่าทำให้มันเปราะและเกิดรอยแตกได้ง่าย แต่ Douglas Hofmann, William Johnson และผู้ร่วมงานจาก California Institute of Technology ใน Pasadena ได้พบวิธีที่จะปรับปรุงโครงสร้างของ BMGs ทำให้มันมี Ductility ที่สูงขึ้น

BMG มีลักษณะเหมือนกับโลหะโดยมันประกอบด้วยพันธะโลหะแต่อะตอมนั้นไม่เป็นระเบียบเหมือนแก้ว โครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบนี้จะไม่มีจุดบกพร่องในโครงสร้างทำให้มันทนแรงได้สูง นี้จะเป็นจริงเมื่อมันถูกบีบหรือดัด แต่เมื่อมันถูกดึงการที่มันมี Ductility ที่ตํ่าจะทำให้มันแตก

วิธีหนึ่งในการปรับปรุง Ductility ซึ่งถูกพัฒนาโดนทีมวิจัยคือการใส่ธาตุเข้าไปใน BMG เพื่อให้มันเกิดการเกาะตัวกันหรือ "Dendrite" ขณะที่ยังร้อนจากนั้นจึงปล่อยให้เย็นตัว Dendrite นี้จะประพฤติตัวเหมือนกับเกราะป้องกันรอยแตก

แนวคิดของ Dendrite นั้นได้ถูกทดลองในปี 2001 โดย Johnson กับทีมวิจัยอื่น ทีโดยการทำให้มันเย็นตัวจากสถานะของเหลว ซึ่งจะทำให้เกิด Dendrite ขนาดเล็กและเพิ่ม Ductility เพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม Hofmann, Johnson และผู้ร่วมงานได้พบสมบัติของ Dendrite ที่เหามะสมคือ มันจะต้องมีขนาดใหญ่กว่าบริเวณที่มีแรงเฉีอนและมันต้องอ่อนกว่า BMG

ด้วยสมบัตินี้ทีมวิจัยได้เริ่มด้วย Titanium, Zirconium, Niobium, Copper และ Beryllium เนื่องจากโลหะจะหลอมที่อุณหภูมิ 800 ถึง 900 C Dendrite ของ Titanium, Zirconium และ Niobium จะก่อตัวให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ขณะที่มันก่อตัวปริมาณของ Beryllium กับ Copper ที่ไม่จับตัวเทียบกับ Titanium, Zirconium และ Niobium จะเพิ่มมากขึ้น ทีมวิจับพบว่าเมื่อสัดส่วนของ Beryllium เป็น 1 ใน 3 สสารจะเข้าสู่สมดุลและ Dendrite จะมีขนาดคงที่ ดังนั้นการใส่ Beryllium น้อยลงจะทำให้มันมี Dendrite มีขนาดใหญ่ขึ้นและความไม่เป็นระเบียบน้อยลง

จากการสร้าง BMG ที่มีขนาดของ Dendrite ต่างกัน Hofmann, Johnson และผู้ร่วมงานพบว่าในตัวอย่างโลหะที่มีสัดส่วนของ Dendrite มากที่มีความแข็งแรงมากที่สุด http://physicsworld.com/cws/article/news/33127