Технологию получения конструкционного материала с уникальными свойствами удалось разработать сотрудникам Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе вместе с коллегами из других университетов США. Композит на основе магния обладает высокими значениями удельной прочности и упругости. Полученный материал может использоваться для создания самолётов, космических аппаратов, автомобилей, а также мобильной электроники и биомедицинских устройств.
В качестве возможного способа увеличения прочности металлов в течение длительного времени рассматривается метод внедрения керамических частиц. Однако добавление керамических частиц микроскопического масштаба приводит к потере пластичности и обрабатываемости.
В то же время использование наночастиц, напротив, позволяет улучшать прочностные показатели при сохранении или даже улучшении пластичности металла. Однако наномасштабные керамические частицы имеют тенденцию слипаться вместо того, чтобы распределяться по расплаву равномерно.
Исследовательская группа, которую возглавил Сяочунь Ли (Xiaochun Li), смогла найти способ рассеивать и стабилизировать наночастицы в расплавленных металлах. Ею также был разработан масштабируемый метод производства, который может открыть дорогу производству более лёгких материалов с улучшенными характеристиками.
Чтобы воспрепятствовать слипанию керамических наночастиц, учёные направляли их в расплавленный магниево-цинковый сплав. Отсутствие слипания и стабилизация рассеивания зависели от кинетической энергии частиц.
Получившийся металлокерамический нанокомпозит содержит значительную долю керамических наночастиц карбида кремния размером менее 100 нм — 14% объёма; остальные 86% составляет магний — металл в полтора раза легче алюминия. Исследователи подчёркивают, что магний — широко распространённый ресурс и рост объёмов его использования не нанесёт ущерба окружающей среде.
Новый материал демонстрирует рекордные уровни удельной прочности (отношения предела прочности на разрыв к плотности) и удельной упругости (отношения модуля Юнга к плотности). Его также характеризует превосходная стабильность при высоких температурах.
