Николай Жаворонков - Создано человеком

Таково положение дел не только в нашей стране, но и в мире. США, например, уже сейчас ежегодно потребляют около десяти тонн сырья и материалов на душу населения и 15 тонн энергоносителей в пересчете на уголь.

Что же касается основных видов материалов, то они, по всей видимости, особых изменений до XXI столетия не претерпят. И отечественные, и зарубежные прогнозы в данном случае однозначны, называя в качестве наиболее перспективных из них восемь классов: металлы и сплавы, энергоносители, полимеры, керамические и прочие неорганические материалы, композиционные, возобновляемые, медико-биологические и все материалы, связанные с производством, накоплением и использованием информации.

Причем успехи в производстве таких материалов больше будут зависеть от размеров капиталовложений в модернизацию оборудования и совершенствование технологии, чем от самих научных достижений. Потому что, как я уже не раз говорил на страницах этой книги, возможность управления свойствами металлов, а они по-прежнему остаются среди всех видов основной, ведущей труппой материалов, зависит от наших знаний их внутренней структуры и химического состава. А для исследований последних нужна соответствующая аппаратура, оборудование.

Обычно металлы состоят из зерен, сложенных, в свою очередь, из микроскопических кристалликов, внутри которых атомы, удаленные один от другого на определенное расстояние, расположенные в неповторимом характерном порядке, разном для разных металлов. Хотя все зерна имеют правильную кристаллическую структуру, сами они отнюдь не всегда обладают установленной формой.

Например, если при образовании сплава из жидкого металла соседние кристаллы воздействуют один на другой, форма поверхности зерна почти всегда оказывается неправильной.

Но примеси в металлах имеют тенденцию группироваться на стыках зерен, именно поэтому направленной кристаллизацией жидкого сплава можно придать структуре металла анизотропный характер - его свойства станут в разных направлениях удивительно разными. Именно такое "конструирование" металла открывает возможность машиностроителям упрочнять детали, испытывающие наибольшую нагрузку в нужных местах.

Кристаллизованные сплавы в виде единого монокристалла применяются сегодня для создания лопаток га.ювых турбин. Полное отсутствие пограничных слоев зерен в таких материалах делает их практически бездефектными, а значит и резко повышает качество турбин. Более того, чтобы надежно защитить от коррозии детали турбин, сделанных из монокристаллов, были разработаны специальные покрытия. Срок эксперимента, а первые работы в науке и технике всегда рассматриваются как опытные, подходит сегодня к концу, и достоинства предложенных к широкому внедрению сплавов не вызывают сомнения.

Таковы некоторые выводы относительно использования в будущем металлов старых надежных материалов, присущих человеческой цивилизации. Уже сегодня очевидны и заманчивые возможности высокопрочных сталей. Они повысят свои столь ценимые наукой и техникой качества за счет легирующих (то есть придающих определенные физико-химические или механические свойства) добавок, последующей прокатки и закалки.

Полученный таким образом металл имеет мелкозернистую структуру и соответственно более высокую прочность. Скажем, класс высокопрочных сталей, так называемой двойной структуры, сочетает в себе ковкость и технологичность более мягких низкоуглеродистых сталей и прочность, свойственную только высокоуглеродистой инструментальной стали.

Думаю, что на смену многим, успешно используемым сегодня в науке и технике материалам, придут и так называемые стекловидные металлы. Дело в том, что хотя обычные металлы представляют собой кристаллические структуры, некоторые сплавы обладают уникальной способностью при очень быстром охлаждении (от 100 тысяч градусов до 1 тысячи градусов Цельсия в секунду) превращаться в некристаллические, аморфные структуры.

Главным образом это материалы на основе железа, кобальта, никеля. Они способны затвердевать в стекловидной форме в виде лент шириной семь-восемь сантиметров и толщиной в доли миллиметра. Магниты из стекловидных металлов отличаются высокой механической прочностью, а энергетические потери таких материалов во время цикла намагничивания чрезвычайно низки.

Эта удивительная комбинация свойств делает стекловидные металлы серьезными конкурентами железокремниевых сплавов, используемых сегодня для производства сердечников в трансформаторах, применяющихся на лиN ниях электропередачи высокого напряжения. Американские ученые подсчитали, что переход на трансформаторные сердечники из стекловидного металла мог бы сэкономить количество электроэнергии, эквивалентное 954 миллионам литров нефти в год.