Что является самым прочным материалом в мире? Листовые и плитные материалы: какие бывают, выбор и описание И крепкий материал который

Какие разновидности плит для строительства, ремонта и обшивки стен, пола и потолка существуют? Их особенности, достоинства и недостатки. Если взять для примера, каркасные дома, то долговечность и внешний вид таких домов напрямую зависят от используемых панелей для внутренней и наружной обшивки. Более того, применение панелей с готовой отделкой или слоем теплоизоляции (панель «сендвич») заметно сокращает и так непродолжительные сроки возведения сборно-каркасного дома.

ДСП

Древесно-стружечная плита изготавливается путем горячего прессования древесных стружек со связующими термоактивными смолами, которые составляют 6-18 % от массы стружки. Смолы экологически небезопасны, так как содержат вредный для человека формальдегид. По содержанию этого вещества ДСП разделяют на классы E1 и Е2. Более экологически безопасен класс E1, он разрешен к использованию в производстве даже детской мебели. Целиком облицованные ДСП-плиты не несут никакого вреда здоровью, вредное воздействие оказывают только открытые кромки. Новые технологии позволяют производить плиты класса Super Е, которые по всем санитарным нормам считаются безопасными. В целом материал отличается достаточно высокой плотностью, низкой стоимостью и простотой в обработке. ДСП обшивают стены, крыши, изготавливают перегородки, полы, используют в качестве основания под линолеум и ковровые покрытия.

Достоинства ДСП :

• широкая номенклатура цветов, рисунков, толщины;
• легко обрабатывается;
• однородность структуры.

Недостатки ДСП:

• плохо удерживает шурупы и гвозди, особенно при повторной сборке;
• уязвим для влаги;
• содержит канцерогены (например, меламин).

МДФ

Древесная плита средней плотности или древесноволокнистая плита сухого прессования. МДФ от английского (Medium Density Fiberboard). Изготавливается из древесной стружки, перемолотой в муку методом сухого прессования, при высоких температуре и давлении с добавлением вещества лигнин, который содержится в натуральной древесине. Лигнин делает этот материал экологически чистым и устойчивым к грибкам и микроорганизмам. Плиты МДФ бывают толщиной от 3 до 30 мм и ламинируются пластиками, лакируются или облицовываются шпоном. По влагостойкости и механическим характеристикам МДФ превосходят натуральное дерево и ДСП. Также МДФ в 2 раза прочнее и лучше держит шурупы. МДФ используется для отделки помещений, например, в виде стеновых панелей или ламинированного напольного покрытия - ламината, при производстве мебели, корпусов акустических систем. МДФ имеет однородную структуру, легко обрабатывается, очень прочная.

Достоинства МДФ:

• огнестойкость;
• биостойкость;
• высокая прочность;
• лучше, чем ДСП держит шурупы;
• влагостойкость выше, чем у ДСП;
• широкий выбор цветов и рисунков благодаря покрытию пленками и шпоном.

Недостатки МДФ:

• горит с выделением ядовитого дыма;
• пылевидные опилки, образующиеся при обработке и распилке плит, вредны для здоровья.

Гипсокартон (ГКЛ)

По праву считается одним из самых популярных материалов для выравнивания стен, потолков и полов, устройства межкомнатных перегородок и даже элементов декора, таких как арки, колонны, сфероиды, многоуровневые потолочные покрытия и т.д. Основным компонентом гипсокартонных листов служит гипсовый наполнитель и это определяет многие положительные качества стройматериала. Так, гипсокартон химически инертен, его кислотность примерно равна кислотности человеческой кожи, он не содержит и не выделяет во внешнюю среду вредных для человека химических соединений. Стандартная плита на 93% состоит из двуводного гипса, 6% из картона и еще 1% приходится на поверхностно — активные вещества, крахмал и влагу.

Так, хрупкость панелей затрудняет их транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы. По этой же причине ГКЛ не может выдерживать значительных физических нагрузок и не рекомендуется для выравнивания полов. Подвесные потолки из гипсокартона могут выдерживать вес не более чем 4 кг на метр квадратный, в то время как натяжные потолки способны нести нагрузку больше 100 кг на эту же единицу площади.

Разновидностью или более современной модификацией простого листа гипсокартона служит окрашенный или ламинированный гипсокартон, гипсовинил или гипсолам — гипсокартон цветной, с виниловым покрытием. Принципиально новый материал, имеющий изначально эксклюзивный внешний вид с широким выбором декора. Применяется для внутренней облицовки стен, для зашивки оконных откосов, создания перегородок, витрин и выставочных стеллажей, без дополнительной отделки.

Ламинированный гипсокартон, гипсовинил или гипсолам — гипсокартон цветной, оклеенный виниловым покрытием

Эти экологически чистые негорючие панели представляют собой гипсовую плиту, оклеенную с двух сторон специальным картоном. Имеют идеальную геометрию и используются для устройства внутренних перегородок и подшивки потолков. Поставляются в листах 2700 (3000) х 1200 х 12 мм. Выпускаются специальные марки гипсокартона для влажных (ванная комната) и пожароопасных (стена у камина) помещений. Они окрашены в «сигнальные» цвета - красный и зеленый. Есть гипсокартон и повышенной пластичности (толщина 6 мм, ширина 900 мм) для обшивки закругленных стен. На основе гипсокартона изготавливают панели «сэндвич» с теплоизолирующим слоем пенополиуретана (до 50 мм). Их используют уже для внутренней обшивки наружных стен без последующего утепления и пароизоляции. Это значительно сокращает сроки строительства.

Достоинства гипсокартона:

• не горит, но при значительном нагреве разрушается;

Недостатки гипсокартона:

• низкая прочность, хрупкость;
• большая уязвимость для влаги даже влагостойкой разновидности;
• плохо переносит низкую температуру и значительные перепады температур;
• пригоден только для внутренней отделки.

Гипсоплита

Гипсоплиты практичный, современный и экологически безопасный материал, так как изготавливается без использования токсичных веществ из природного гипса, который не проводит электричества и не имеет запаха. Гипсоплита отвечает всем требованиям противопожарной безопасности. Гипсоплита, гипсовая пазогребневая плита (ПГП) является основным материалом при конструировании перегородок, подвесных потолков, различных декоративных выступов. Используется для выравнивания потолков, стен, «зашивки» систем коммуникаций. Гипсоплита бывает влагостойкой и стандартной. Стандартная используется в зданиях с нормальной влажностью. Для сырых помещений предназначены плиты с гидрофобными добавками. Такие плиты легко отличить по характерной зеленой окраске.

Достоинства гипсоплит:

• экологическая и санитарная безопасность;
• легко обрабатывается: режется, сверлится;
• мало горючий материал, класс горючести Г1
• относительно дешевая.

Недостатки гипсоплит:

• низкая прочность, хрупкость;
• большая уязвимость для влаги даже влагостойкой разновидности.

Гипсоволокнистый лист

Гипсоволокнистый лист (ГВЛ) – это современный экологически чистый гомогенный материал, обладающий отличными техническими характеристиками. Он производится методом полусухого прессования смеси гипса и целлюлозной макулатуры. По своим физическим свойствам гипсоволоконный лист представляет собой достаточно прочный, твердый материал, славящийся также своими огнеупорными качествами.

Гипсоволокнистый лист, благодаря своей универсальности, получил очень широкое распространение в строительной сфере. Применяется для устройства межкомнатных перегородок, стяжек полов, подвесных потолков, облицовки стен и огнезащиты конструкций. Популярностью пользуется ГВЛ для пола, который служит для сборки основания напольного покрытия, а также облицовочный вариант, при помощи которого обшиваются, к примеру, деревянные поверхности, за счет чего повышается их огнестойкость. В зависимости от области применения гипсоволокнистые листы подразделяют на два типа: ГВЛВ (влагостойкие) и ГВЛ (обычные).

Достоинства гипсоволокнистых листов:

• ГВЛ по сравнению с ГКЛ легче переносит распиловку в любом направлении, так как однороден по составу;
• Более высокая прочность за счет армирования целлюлозным волокном;
• Повышенная шумоизоляция.

Недостатки гипсоволокнистых листов:

• Менее прочен на изгиб, чем ГКЛ;
• Менее приспособлен для внутренней отделки, чем ГКЛ;
• Необходимость предварительной обработки перед покраской.

Цементно-стружечные плиты (ЦСП) - идеальный материал для наружной обшивки каркаса и перегородок во влажных и огнеопасных помещениях, служит хорошим выравнивающим основанием для любых напольных покрытий. Имеет твердую и гладкую поверхность, штукатурится и облицовывается плиткой, пилится ножовкой, негорюч, устойчив к влаге и колебаниям температуры. Поставляется в листах 3600 х 1200 х 10 (12, 16, 20 и 26) мм.

Фанера является одним из наиболее распространенных материалов, широко применяемых в строительстве. Производство фанеры происходит путем склеивания нескольких слоев лущеного шпона фенолформальдегидными смолами. Для этой цели, как правило, используют березовый или хвойный шпон небольшой толщины. Выбор данных пород обусловлен их широким распространением в наших лесах: в Европе, Новой Зеландии и некоторых других странах для производства фанеры разных сортов широко используют дуб, клен, граб и даже грушу. Склеивание шпона осуществляется под давлением при повышенной температуре. Образовавшиеся в результате листы охлаждаются, и после непродолжительной вылежки собираются в упаковки по 10 или 20 штук.

В зависимости от древесины и клея, которые используются при производстве фанеры, она классифицируется на:

• фанера повышенной влагостойкости (ФСФ)
• фанера средней влагостойкости (ФК)
• фанера бакелизированная (БФ)

— представляет собой облицованную с одной или двух сторон бумагосмоляным покрытием фанеру. Данное покрытие весьма эффективно препятствует проникновению влаги, обладает высокой устойчивостью к стиранию и образованию плесени и грибков, устойчива к коррозии и разрушению. Данный тип фанеры благодаря ламинированию пользуется достаточной популярностью. При помощи ламинирования можно нанести практически любой рисунок или имитацию под: дуб, тополь, клён, березу, орех, сосну и лиственницу.

Достоинства фанеры:

• высокая прочность на разрыв и изгиб;
• отлично пилится, сверлится и скрепляется как гвоздями, так и шурупами;
• сравнительно недорогой материал.

Недостатки фанеры:

• смолы, используемые при склейке шпона, содержат довольно большую концентрацию фенольных соединений;
• горючесть;

Ориентированно-стружечная плита

Ориентированно-стружечная плита (ОСП — OSB) , производимая методом прессования стружки толщиной до 0,7 мм и длиной до 140 мм под высоким давлением и температурой с применением небольшого количества склеивающей смолы. ОСП-плиты в 3 раза прочнее ДСП и МДФ-плит за счет расположения стружки продольно во внешних слоях и поперечно во внутренних. При такой прочности ОСП — материал очень гибкий и отлично используется при строительных и отделочных работах. ОСП-плитами различной толщины (от 6 до 30 мм) обшивают мансарды, потолки, стены, из них изготавливают черновые полы, опалубки, стеновые панели, ограждения и разборные конструкции. На пол под ламинат обычно используют самые тонкие плиты — 6 и 8 мм толщиной, для конструкций и опалубок более толстые — от 10 мм. ОСП-3 — это более прочная разновидность данного материала, используемая при малоэтажном строительстве в условиях повышенной влажности. Также из-за оригинальной текстуры ОСП является излюбленным материалом у декораторов и дизайнеров для отделки интерьеров. Из ОСП получается достаточно эффектное оформление потолка или элементов во встроенной мебели или в стенах.

На ряду с обычными плитами ОСП, есть и ОСП шпунтованная - плита с обработанными торцами паз - гребень, с 2-х или 4-х сторон.

Достоинства ОСП:

• прочность относительно других применяемых плит;
• влагостойкость выше, чем у ДСП и гипсоплиты;
• широкий размерный ряд;
• дешевле ДСП;
• хорошо держит шурупы, даже при повторном вкручивании.

Недостатки ОСП:

• обрабатывается хуже ДСП из-за неоднородности структуры;
• пыль, выделяющаяся при резке ОСП, раздражает слизистые оболочки носа, глаз.
• содержит формальдегид, особенно его много во влагостойких плитах.

Стекломагниевый лист

Стекломагниевый лист или стекломагнезитовый лист (СМЛ) белый, армированный стеклотканью, на 40 процентов легче ГВЛ, гибкий, прочный, огнеупорный, влагостойкий. Благодаря армирующей стеклотканной сетке СМЛ может гнуться с радиусом кривизны до трех метров. Это качество позволяет применять его на неровных поверхностях. Высокие влагостойкие качества позволяют использовать его в помещениях с повышенной влажностью. На лицевую сторону плиты допускается наклеивание любых отделочных материалов. При толщине листа 6мм он способен удерживать огонь в течение 2-х часов, выдерживает нагрев до 1500 градусов. Толщина листа: 3-20 мм.

Стекломагниевый лист (СМЛ) — универсальный листовой отделочный материал на основе магнезита и стекловолокна. Технология изготовления и состав материала придают ему такие качества, как гибкость, прочность, огнеупорность и влагостойкость. Его качества, позволяют применять его на неровных поверхностях и понижает возможность перелома листа при монтаже и переносе. Кроме того, этот материал экологически чистый, не содержит вредных веществ и асбеста, не выделяет токсических веществ даже при нагревании. В отличие от гипсокартона СМЛ-Премиум класса отностится к трудногорючим материалам (НГ).

Область применения стекломагниевого листа чрезвычайно высока. Как и из гипсокартона, из него можно делать потолки, стены и межкомнатные перегородки. Более того, с помощью стекломагнезитовых листов можно отделывать наружные фасады коттеджей и домов. СМЛ — надежная основа для любого вида отделки. Новый материал идеально подходит для душевых, саун, бассейнов — ведь стекломагниевый лист способен выдерживать высокую влажность, перепады температуры и открытый огонь. На поверхность СМЛ можно наносить самые разные виды шпатлевок, красок, клеев. Можно наклеить обои, алюминиево-композитные панели, шпон, пластик, керамическую, стеклянную или зеркальную плитку.

Лицевая (гладкая) поверхность листов предназначена для окрашивания, наклеивания обоев, ламинирования и нанесения различных видов декоративных текстур без предварительного, окончательного шпатлевания и грунтования всей поверхности материала. Тыльная (шероховатая) поверхность листов предназначена для прочной сцепки при приклеивании штучных облицовочных и декоративных материалов (керамической или кафельной плитки, шпона и т.п.), либо самого материала на стены и пол, склейке листов между собой. СМЛ может крепиться на крепежную систему, как из металла, так и из дерева. А также непосредственно на ограждающую конструкцию при помощи клея.

На ряду с обычными стекломагниевыми листами, в последнее время все чаще стали появляться ламинированные стекломагниевые листы с разнообразным рисунком и толщиной внешего покрытия.

Достоинства стекломагнезита:

• Влагостойкость — не подвергается деформации, не разбухает и не теряет своих свойств;
• Огнестойкость — магнезитные панели негорючий материал;
• Хорошая звукоизоляция — 12мм панель по звукопроницаемости соответствует четырем слоями двенадцати миллиметрового гипсокартонового листа, или кирпичной стены толщиной 150мм;
• Высокая прочность и гибкость — может гнуться с радиусом кривизны от 25 см до 3 метров;
• Легче аналогичных плит из дерева или гипса;
• Низкая теплопроводность, может использоваться как дополнительный утеплитель;
• Может применяться для отделки, как снаружи, так и изнутри.

Недостатки стекломагнезита :

• Более хрупкий, чем гипсоволокнистый лист;
• При шпатлевке стыков необходимо использовать шпатлевки на химических клеях;
• Свойства значительно разнятся в зависимости от производителя и класса СМЛ.

Фибролит — это плитный материал, изготавливаемый прессованием специального древесного волокна (древесной шерсти) и неорганического вяжущего вещества (магнезиальное вяжущее). Волокно получают из отходов деревообрабатывающей промышленности, в результате обработки на деревострогательных станках. Один из плюсов фибролитовых плит – небольшой объемный вес. Фибролит отличается огнестойкостью: стружки пропитаны цементом, и при воздействии огня на них образуется лишь копоть. Материал допускает различные варианты отделки, легко крепится к любым конструкциям с помощью гвоздей, саморезов, дюбелей, легко поддается распилке.

— трудносгораемый, биостойкий материал, который применяют в качестве теплоизоляционного, конструкционно-теплоизоляционного и акустического материалов в строительных конструкциях зданий и сооружений с относительной влажностью воздуха не выше 75%.

Обычные фибролитовые плиты производятся толщиной 3-5 мм с использованием в качестве вяжущего серого цемента. Эти плиты применяются для различного рода термоизоляции, при устройстве кровельного покрытия и оштукатуренных перегородок. Акустические плиты обычно производятся из мелкой древесной шерсти (0,75-2 мм), что улучшает их внешний вид, ничем не закрываются, а также колеруются в цвета, гармонирующие с интерьером или производятся с использованием магнезита или белого цемента вместо серого. Композитная фибролитовая панель — это двух- или трехслойная панель со средним слоем из термоизоляционного материала, например, жесткой пены или минерального волокна (минеральная силикатная шерсть). Толщина среднего слоя обычно колеблется от 15 до 140 мм, хотя внешние слои фибролита имеют толщину от 5 до 20 мм. В этом случае уровень термоизоляции значительно увеличивается.

Достоинства фибролитовых плит:

• Легкость монтажа;
• Хороший утеплитель;
• Механически прочный;
• Обширные декоративные возможности;
• Хорошая влагостойкость и огнестойкость;
• Звукоизоляция;
• Гигиеничность, безвредность здоровью человека и окружающей среды;
• Не портят грызуны и насекомые, не гниет.

Недостатки фибролитовых плит :

• Малая прочность на изгиб;
• Значительный вес.

Не стесняйтесь комментировать статью, если у Вас есть чем дополнить этот материал. Если Вы нашли ошибки или несоответствия. Возможно Вы знаете еще какой то аналогичный материал не представленный в этой статье?

Знаете ли вы, какой материал на нашей планете считается самым крепким? Со школы нам всем известно, что алмаз - крепчайший минерал, но он далеко не самый крепкий.

Твёрдость - не главное свойство, которым характеризуется материя. Одни свойства могут мешать появлению царапин, другие - способствовать эластичности. Хотите знать больше? Перед вами рейтинг материалов, которые будет очень сложно разрушить.

Бриллиант во всей своей красе

Классический пример прочности, засевший в учебниках и головах. Его твёрдость означает устойчивость к царапинам. В шкале Мооса (качественная шкала, которая измеряет сопротивление различных минералов) алмаз показывает результат в 10 (шкала идёт от 1 до 10, где 10 - самое твёрдое вещество). Алмаз настолько твёрдый, что другие алмазы должны быть использованы для его резки.

Паутина, способная остановить аэробус

Этот материал часто упоминается как самое сложное биологическое вещество в мире (хотя это утверждение сейчас оспаривается изобретателями), сеть паука Дарвина сильнее, чем сталь и обладает большим запасом жёсткости, чем кевлар. Её вес не менее замечателен: нить, достаточно длинная, чтобы окружить Землю, весит всего 0,5 кг.

Аэрографит в обычной посылке

Эта синтетическая пена является одним из самых лёгких строительных материалов в мире. Аэрографит примерно в 75 раз легче пенополистирола (но намного сильнее!). Этот материал может быть спрессован в 30 раз от его первоначального размера без ущерба для его структуры. Ещё один интересный момент: аэрографит может выдержать массу в 40 000 раз больше собственного веса.

Стекло во время краш-теста

Это вещество разработано учёными в Калифорнии. Микролегированное стекло имеет почти совершенное сочетание жёсткости и прочности. Причиной этого является то, что его химическая структура снижает хрупкость стекла, но сохраняет жёсткость палладия.

Вольфрамовое сверло

Карбид вольфрама невероятно твёрдый и имеет качественно высокую жёсткость, но он довольно хрупкий, его легко можно согнуть.

Карбид кремния в виде кристаллов

Этот материал используется в создании брони для боевых танков. Фактически он используется почти во всём, что может защищать от пуль. Он имеет рейтинг твёрдости Мооса 9, а также имеет низкий уровень теплового расширения.

Молекулярная структура нитрида бора

Примерно такой же сильный, как алмаз, кубический нитрид бора имеет одно важное преимущество: он нерастворим в никеле и железе при высоких температурах. По этой причине его можно использовать для обработки этих элементов (алмазные формы нитридов с железом и никелем при высоких температурах).

Кабель из Dyneema

Считается самым сильным волокном в мире. Возможно, вас удивит факт: «дайнима» легче воды, но она может остановить пули!

Трубка сплава

Титановые сплавы чрезвычайно гибкие и имеют очень высокую прочность на растяжение, но не имеют такой жёсткости, как стальные сплавы.

Аморфные металлы легко меняют форму

Liquidmetal разработан в компании Caltech. Несмотря на название, этот металл не является жидким и при комнатной температуре имеют высокий уровень прочности и износотойкости. При нагревании аморфные сплавы могут менять форму.

Будущая бумага может быть тверже алмазов

Это новейшее изобретение создаётся из древесной массы, при этом обладая большей степенью прочности, чем сталь! И гораздо дешевле. Многие учёные считают наноцеллюлозу дешёвой альтернативой палладиевому стеклу и углеродному волокну.

Раковина блюдца

Ранее мы упоминали, что пауки Дарвина плетут нить одного из самых прочных органических материалов на Земле. Тем не менее зубы морского блюдечка оказались ещё сильнее, чем паутины. Зубы лимпетов чрезвычайно жёсткие. Причина этих удивительных характеристик в назначении: сбор водорослей с поверхности горных пород и кораллов. Учёные считают, что в будущем мы могли бы скопировать волокнистую структуру зубов лимпета и использовать её в автомобильной промышленности, кораблях и даже авиационной индустрии.

Ступень ракеты, в которой многие узлы содержат мартенситностареющие стали

Это вещество сочетает в себе высокий уровень прочности и жёсткости без потери эластичности. Стальные сплавы этого типа находят применение в аэрокосмических и промышленно-производственных технологиях.

Кристалл осмия

Осмий чрезвычайно плотен. Его используют при изготовлении вещей, требующих высокого уровня прочности и твёрдости (электрические контакты, ручки для наконечников и т.д.).

Кевларовая каска остановила пулю

Используемый во всём, от барабанов до пуленепробиваемых жилетов, кевлар является синонимом твёрдости. Кевлар - это тип пластика, который обладает чрезвычайно высокой прочностью на растяжение. Фактически она примерно в 8 раз больше, чем у стальной проволоки! Он также может выдерживать температуры около 450 ℃.

Трубы из материала Spectra

Высокоэффективный полиэтилен является действительно прочным пластиком. Эта лёгкая, прочная нить может выдерживать невероятное натяжение и в десять раз прочнее стали. Подобно кевлару, Spectra также используется для баллистических устойчивых жилетов, шлемов и бронетехники.

Гибкий экран из графена

Лист графена (аллотроп углерода) толщиной в один атом в 200 раз сильнее, чем сталь. Хотя графен похож на целлофан, он действительно поражает. Понадобится школьный автобус, балансирующий на карандаше, чтобы проткнуть стандартный лист А1 из этого материала!

Новая технология, способная перевернуть наше представление о прочности

Эта нанотехнология изготовлена из углеродных труб, которые в 50 000 раз тоньше человеческих волос. Это объясняет, почему он в 10 раз легче, чем сталь, но в 500 раз сильнее.

в сателлитах регулярно применяются сплавы из микрорешётки

Самый лёгкий в мире металл, металлическая микрорешётка также является одним из самых лёгких конструкционных материалов на Земле. Некоторые учёные утверждают, что он в 100 раз легче пенополистирола! Пористый, но чрезвычайно сильный материал, он используется во многих областях техники. Boeing упомянул об использовании его при изготовлении самолётов, в основном в полах, сидениях и стенах.

Модель нанотрубок

Углеродные нанотрубки (УНТ) можно описать как «бесшовные цилиндрические полые волокна», которые состоят из одного скатанного молекулярного листа чистого графита. В результате получается очень лёгкий материал. В наномасштабе углеродные нанотрубки имеют прочность в 200 раз больше, чем у стали.

Фантастический аэрографен сложно даже описать!

Также известен как графеновый аэрогель. Представьте себе прочность графена в сочетании с невообразимой лёгкостью. Аэрогель в 7 раз легче воздуха! Этот невероятный материал может полностью восстановиться после сжатия в более чем 90% и может поглощать до 900 раз больше собственного веса в масле. Есть надежда, что этот материал можно будет использовать для ликвидации разливов нефти.

Главный корпус политеха штата Массачусетс

На момент написания этой статьи учёные из Массачусетского технологического института полагали, что они обнаружили секрет максимизации 2-мерной прочности графена в 3-х измерениях. Их пока ещё неназванное вещество может иметь примерно 5% плотности стали, но в 10 раз больше прочности.

Молекулярная структура карбина

Несмотря на то что он является единой цепочкой атомов, карбин имеет удвоенную прочность на растяжение от графена и в три раза большую жёсткость, чем алмаз.

место рождения нитрида бора

Это природное вещество производится в жерле действующих вулканов и на 18% прочнее, чем алмаз. Это одно из двух веществ, встречающихся в природе, которые, как было установлено, в настоящее время превосходят алмазы по твёрдости. Проблема в том, что там не так много этого вещества, и сейчас трудно сказать наверняка, является ли это утверждение на 100% верным.

Метеориты - главные источники лонсдейлита

Также известный как гексагональный алмаз, это вещество состоит из атомов углерода, но они просто расположены по-другому. Наряду с вюрцитом нитридом бора это одно из двух природных веществ тверже алмаза. На самом деле Лондсдейлит 58% тверже! Однако, как и в случае с предыдущим веществом, он находится в относительно малых объёмах. Иногда он возникает, когда графитовые метеориты, сталкиваются с планетой Землёй.

Будущее не за горами, поэтому к концу XXI века можно ожидать появление сверхпрочных и сверхлёгких материалов, которые придут на смену кевлару и алмазам. А пока остаётся только удивляться развитию современных технологий.

Легкий и прочный материал по весу, как алюминий, но почти в 25 раз более прочный за счет применения нанотрубок нитрида бора.

Описание:

композитный материал на основе алюминия. Он такой же легкий, как алюминий, но почти в 25 раз более прочный, что позволяет сопоставлять его со сталью . Упрочение производится при помощи нанотрубок нитрида бора.

Нанотрубки из нитрида бора являются структурными аналогами углеродных нанотрубок . Нитрид бора (химическая формула: BN)- бинарное соединение бора и азота. Нитрид бора, так же как и углерод, может образовывать листы толщиной в один атом, которые скатываются в цилиндры для создания нанотрубок.

Нанотрубки нитрида бора. Масштабная линейка – 1 микрометр:

Виды композитов:

– нанокомпозиты, созданные путем напыления металла на нанотрубки;

– тонкая лента, которая выглядит как обычная алюминиевая, но в нее внедрены наноструктуры. Прочность этих структур превышает сталь в 50 раз.

Преимущества нанотрубок из нитрида бора:

– прямые, эластичные, их расположением легче управлять, добиваясь равномерной и соответственно более прочной текстуры материала;

– по сравнению с углеродными нанотрубками более стабильны при высоких температурах;

– могут быть использованы для экранирования нейтронного и ультрафиолетового излучения;

– обладают пьезоэлектрическими свойствами – могут генерировать электрический заряд при растяжении;

– нитрид бора химически пассивен, он слабо реагирует с кислотами и растворами.

Преимущества материала:

– техника, изготовленная с применением легкого и прочного материала, станет легче, сохранив при этом остальные важные качества;

– сокращение расхода топлива при перевозке деталей из легкого и прочного материала, увеличение дальности передвижения и объемов перевозимых грузов.

Легкий и прочный материал может применяться:

– в самолетостроении;

– в машиностроении;

– в строительстве разной степени сложности;

– в биомедицине и др.

Каждый из вас знает, что эталоном твердости на сегодня так и остается алмаз. При определении механической твердости существующих на земле материалов твердость алмаза берется как эталон: при измерениях методом Мооса – в виде поверхностного образца, методами Виккерса или Роквелла – в качестве индентора (как более твердое тело при исследовании тела с меньшей твердостью). На сегодняшний день можно отметить несколько материалов, твердость которых приближается к характеристикам алмаза.

Сравниваются в данном случае оригинальные материалы, исходя из их микротвердости по методу Виккерса, когда материал считается сверхтвердым при показателях в более 40 ГПа. Твердость материалов может изменяться, в зависимости от характеристик синтеза образца или направления приложенной к нему нагрузки.

Колебания показателей твердости от 70 до 150 ГПа – общеустановленное понятие для твердых материалов, хотя эталонной величиной принято считать 115 ГПа. Давайте рассмотрим 10 самых твердых материалов, кроме алмаза, которые существуют в природе.

10. Субоксид бора (B 6 O) - твердость до 45 ГПа

Субоксид бора обладает способностями создавать зерна, имеющие форму икосаэдров. Образованные зерна при этом не являются обособленными кристаллами или разновидностями квазикристаллов, представляя собой своеобразные кристаллы-двойники, состоящие из двух десятков спаренных кристаллов-тетраэдров.

10. Диборид рения (ReB 2) - твердость 48 ГПа

Многие исследователи ставят под сомнение вопрос, может ли этот материал причисляться к материалам сверхтвердого типа. Это вызвано весьма необычными механическими свойствами соединения.

Послойное чередование разных атомов делает этот материал анизотропным. Поэтому измерение показателей твердости получаются разными при наличии разнотипных кристаллографических плоскостей. Таким образом, испытаниями диборида рения при малых нагрузках обеспечивается твердость в 48 ГПа, а при увеличении нагрузки твердость становится намного меньше и составляет приблизительно 22 ГПа.

8. Борид магния-алюминия (AlMgB 14) - твердость до 51 ГПа

Состав представляет собой смесь алюминия, магния, бора с невысокими показателями трения скольжения, а также высокой твердостью. Эти качества могли бы стать находкой для производства современных машин и механизмов, работающих без смазки. Но использование материала в такой вариации пока что считается непомерно дорогим.

AlMgB14 - специальные тоненькие пленки, создающиеся при помощи лазерного напыления импульсного типа, имеют способность обладать микротвердостью до 51 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний - твердость до 70 ГПа

Основа такого соединения обеспечивает сплаву качества, подразумевающие оптимальную устойчивость к химическим воздействиям негативного типа и высокой температуре. Такой материал обеспечивается микротвердостью до 70 ГПа.

6. Карбид бора B 4 C (B 12 C 3) - твердость до 72 ГПа

Еще один материал – карбид бора. Вещество достаточно активно стало использоваться в разных сферах промышленности практически сразу же после его изобретения в 18 веке.

Микротвердость материала достигает 49 ГПа, но доказано, что и этот показатель можно увеличить посредством добавления ионов аргона в строение кристаллической решетки – до 72 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора - твердость до 76 ГПа

Исследователи и ученые со всего мира давно пытаются синтезировать многосложные сверхтвердые материалы, в чем уже были достигнуты ощутимые результаты. Компонентами соединения являются атомы бора, углерода и азота – близкие по размерам. Качественная твердость материала доходит до 76 ГПа.

4. Наноструктурированный кубонит - твердость до 108 ГПа

Материал еще называется кингсонгитом, боразоном или эльбором, а также обладает уникальными качествами, успешно используемыми в современной промышленности. При показателях твердости кубонита в 80-90 ГПа, близких к алмазному эталону, сила закона Холла-Петча способна обусловить их значительный рост.

Это означает, что при уменьшении размеров кристаллических зерен увеличивается твердость материала – существуют определенные возможности увеличения до 108 ГПа.

3. Вюртцитный нитрид бора - твердость до 114 ГПа

Вюрцитная кристаллическая структура обеспечивает высокие показатели твердости данному материалу. При локальных структурных модификациях, во время приложения нагрузки конкретного типа, связи между атомами в решетке вещества перераспределяются. В этот момент качественная твердость материала становится больше на 78 %.

Лонсдейлит является аллотропной модификацией углерода и отличается явной схожестью с алмазом. Обнаружен твердый природный материал был в метеоритном кратере, образовавшись из графита – одного из компонентов метеорита, однако рекордной степенью прочности он не обладал.

Учеными было доказано еще в 2009 году, что отсутствие примесей способно обеспечить твердость, превышающую твердость алмаза. Высокие показатели твердости способны обеспечиваться в этом случае, как и в случае с вюртцитным нитридом бора.

Полимеризованный фуллерит считается в наше время самым твердым материалом, известным науке. Это структурированный молекулярный кристалл, узлы которого состоят из целых молекул, а не из отдельных атомов.

Твердость фуллерита составляет до 310 ГПа, и он способен поцарапать алмазную поверхность, как обычный пластик. Как видите, алмаз это больше не самый твёрдый природный материал в мире, науке доступны более твердые соединения.

Пока это самые твердые материалы на Земле, известные науке. Вполне возможно, в скором времени нас ждут новые открытия и прорыв в области химии/физики, что позволит добиться более высокой твердости.

В своей деятельности человек использует различные качества веществ и материалов. И совсем не маловажным является их крепость и надежность. О самых твердых материалах в природе и созданных искусственно пойдет речь в этой статье.

Общепринятый эталон

Для определения прочности материала используется шкала Мооса - шкала оценки твердости материала по его реакции на царапание. Для обывателя самый твердый материал - это алмаз. Вы удивитесь, но этот минерал всего лишь где-то на 10-м месте среди самых твердых. В среднем материал считают сверхтвердым, если его показатели выше 40 ГПа. Кроме того, при выявлении самого твердого материала в мире следует учитывать и природу его происхождения. При этом крепость и прочность часто зависят от воздействия внешних факторов на него.

Самый твердый материал на Земле

В данном разделе обратим внимание на химические соединения с необычной кристаллической структурой, которые намного прочнее алмазов и вполне могут его поцарапать. Приведем топ-6 самых твердых материалов созданных человеком, начиная с наименее твердого.

• Нитрид углерода - бора. Это достижение современной химии имеет показатель прочности 76 ГПа.
• Графеновый аэрогель (аэрографен) - материал в 7 раз легче воздуха, восстанавливающий форму после 90 % сжатия. Удивительно прочный материал, способный к тому же впитать количество жидкости или даже масла в 900 раз больше собственного веса. Этот материал планируется использовать при разливах нефти.
• Графен - уникальное изобретение и самый прочный материал во Вселенной. О нем ниже чуть подробнее.
• Карбин - линейный полимер аллотропного углерода, из которого делают супертонкие (в 1 атом) и суперпрочные трубки. Долгое время никому не удавалось построить такую трубку длиною более чем 100 атомов. Но австрийским ученым из Венского Университета удалось преодолеть этот барьер. Кроме того, если раньше карбин синтезировался в малых количествах и был очень дорогой, то сегодня появилась возможность синтезировать его тоннами. Это открывает новые горизонты для космотехники и не только.
• Эльбор (кингсонгит, кубонит, боразон) - это наноконструированное соединение, которое сегодня широко применяется в обработке металлов. Твердость - 108 ГПа.

• Фуллерит - вот какой самый твердый материал на Земле, известный человеку сегодня. Его прочность в 310 ГПа обеспечивается тем, что он состоит не из отдельных атомов, а из молекул. Эти кристаллы с легкостью поцарапают алмаз, как нож масло.

Чудо рук человеческих

Графен - еще одно изобретение человечества на основе аллотропных модификаций углерода. С виду - тонкая пленка толщиной в один атом, но в 200 раз прочнее стали, обладающая исключительной гибкостью.

Именно о графене говорят, что, чтобы его проткнуть, на кончике карандаша должен стоять слон. При этом его электропроводность выше кремния компьютерных чипов в 100 раз. Очень скоро он покинет лаборатории и войдет в повседневную жизнь в виде солнечных панелей, сотовых телефонов и чипов современных компьютеров.

Два очень редких результата аномалий в природе

В природе встречаются очень редкие соединения, которые обладают невероятной прочностью.

• Нитрид бора - вещество, кристаллы которого имеют специфическую вюрцитную форму. С приложением нагрузок соединения между атомами в кристаллической решетке перераспределяются, повышая прочность на 75 %. Показатель твердости - 114 ГПа. Образуется это вещество при вулканических извержениях, в природе его очень мало.
• Лонсдейлит (на главном фото) - соединение аллотропного углерода. Материал был обнаружен в воронке метеорита, считается, что он образовался из графита под воздействием условий взрыва. Показатель твердости - 152 ГПа. В природе встречается редко.

Чудеса живой природы

Среди живых существ на нашей планете есть такие, у которых имеется что-то совершенно особенное.

• Паутина Caerostris darwini. Нить, которую выделяет паук Дарвина, прочнее стали и тверже кевлара. Именно эта паутина была взята учеными НАСА на вооружение при разработке космических защитных костюмов.
• Зубы моллюска Морское блюдечко - их волокнистая структура сегодня изучается бионикой. Они настолько прочные, что позволяют моллюску отодрать водоросли, вросшие в камень.

Железная береза

Еще одно чудо природы - береза Шмидта. Ее древесина - самый твердый биологического происхождения. Растет она на Дальнем Востоке в заповеднике Кедровая Падь и внесена в Красную Книгу. Прочность сравнима с железом и чугуном. Но при этом не подвержена коррозии и гниению.

Повсеместному использованию древесины которую не пробивают даже пули, препятствует ее исключительная редкость.

Самый твердый из металлов

Это металл бело-голубого цвета - хром. Но его прочность зависит от его чистоты. В природе его содержится 0,02 %, что совсем не так мало. Добывают его из силикатных горных пород. Много хрома содержат и падающие на Землю метеориты.

Он коррозионностойкий, жаропрочный и тугоплавкий. Хром входит в состав многих сплавов (хромистая сталь, нихром), которые широко используются в промышленности и в антикоррозийных декоративных покрытиях.

Вместе прочнее

Один металл - это хорошо, но в некоторых сочетаниях возможно придание сплаву удивительных свойств.

Сверхпрочный сплав титана и золота - единственный крепкий материал, который оказался биосовместимым с живыми тканями. Сплав beta-Ti3Au настолько прочный, что его невозможно измельчить в ступке. Уже сегодня ясно, что это будущее различных имплантатов, искусственных суставов и костей. Кроме того, он может быть применен в буровом производстве, изготовлении спортивного снаряжения и во многих других областях нашей жизни.

Подобными свойствами может обладать и сплав палладия, серебра и некоторых металлоидов. Над этим проектом сегодня работают ученые института Калтека.

Будущее по 20 долларов за моток

Какой самый твердый материал уже сегодня может купить любой обыватель? Всего за 20 долларов можно купить 6 метров ленты Braeön. С 2017 года она поступила в продажу от производителя Дастина Маквильямса. Химический состав и способ производства хранятся в строгом секрете, но качества ее поражают.

Лентой можно скрепить абсолютно все. Для этого ее необходимо обмотать вокруг скрепляемых деталей, разогреть обычной зажигалкой, придать пластичному составу нужную форму и все. После остывания стык выдержит нагрузку в 1 тонну.

И твердый, и мягкий

В 2017 году появилась информация о создании удивительного материала - самого твердого и самого мягкого одновременно. Этот метаматериал изобрели ученые из Университета Мичиган. Им удалось научиться управлять структурой материала и заставлять его проявлять различные свойства.

Например, при использовании его для создания автомобилей при движении кузов будет обладать жесткостью, а при столкновении - мягкостью. Кузов абсорбирует энергию соприкосновения и защитит пассажира.