Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства
Для непрофессионала прочность и твёрдость — это в основном одно и то же, но для инженера по материалам эти два понятия абсолютно разные. Прочность любого материала указывает на его устойчивость к деформации, а твёрдость обозначает его способность сопротивляться царапинам в целом. Вы знаете, какой самый прочный материал на Земле? Что ж, если ответ отрицательный, вы движетесь в правильном направлении, так как в нашем обзоре представлены самые прочные материалы, известные человеку.
Но прочность, это довольно широкое понятие, под которым скрывается множество свойств и допущений. Например, материал может быть прочным только в одном направлении, а в других хрупким. Поэтому наш список нельзя считать полностью объективным.
Стекловолокно
В 1932 году Рассел Слейтер создал новый прочный материал и использовал его в качестве теплоизоляции для зданий.
Стекловолокно имеет сопоставимые механические свойства, как полимеры и углеродное волокно. Несмотря на то, что стекловолокно не так прочно, как углеродное, оно намного дешевле и менее хрупко при использовании в различных композитах.
Читайте также: Лист нержавеющий 3x1250x2500
Железная береза
Еще одно чудо природы – береза Шмидта. Ее древесина – самый твердый природный материал 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 березы Шмидта, которую не пробивают даже пули, препятствует ее исключительная редкость.
Стекло из микролегированного палладия
В 2011 году исследователи материалов из Калифорнийского технологического института совместно с лабораторией Беркли разработали новый тип металлического стекла с широким спектром свойств, которое намного прочнее стали.
Как следует из названия, это металлическое стекло изготовлено из палладия — металла с высоким коэффициентом жёсткости. Палладий снижает хрупкость стекла, но увеличивает его прочность.
Титановые сплавы
!!
Такие сплавы чрезвычайно лёгкие и обладают высокой стойкостью к коррозии. Из-за этих свойств сплавы широко используются в кораблестроении.
При всех достоинствах титановых сплавов, они очень дорогие, а потому применение сильно ограничено в гражданском производстве. В основном материал используют в производстве военных судов и ледоколов.
Сталь и ее сплавы
Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.
Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.
Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.
Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.
Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.
Читайте также: Виды покрытий серебряных изделий
Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.
Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.
Лонсдейлит
Автор фото: , CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Это природный минерал, образующийся при падении на Землю метеоритов, содержащих графит. Во время удара о поверхность вырабатывается тепло, которое превращает графит в алмаз под высоким давлением. При таком превращении сохраняется гексагональная кристаллическая решётка графита.
Лонсдейлит был назван в честь прославленного кристаллографа, родом из Ирландии, Кэтлина Лонсдейла. В прессе часто сообщалось, что лонсдейлит на 58% твёрже алмаза. Но это оказалось мифом. По шкале Мооса твёрдость минерала составляет 7–8 единиц.
Топ 10 Самых твердых веществ в мире
Все еще думаете, что алмаз – самое твердое вещество на нашей планете? Прошлый век! В нашем ТОП 10 – самые твердые вещества на планете, и алмаз в них только на четвертом месте.
1 Ульратвердый фуллерит
Поцарапать алмаз? Запросто. Для этого подходит ультратвердый фуллерит. В гранях этого кристалла – целые молекулы фуллерона, что делает его необычайно крепким, примерно в три раза крепче алмаза.
2 Лонсдейлит
В отличие от полностью искусственного фуллерита лонсдейлит можно найти в местах столкновения астероидов с земной поверхностью. Особенностью этого вещества является способность к модифицированию под давлением. Если нагрузка извне возрастает, лонсдейлит перестраивает свою структуру так, чтобы стать еще крепче.
3 Вюртцитный нитрид бора
Аналогичный механизм запускается у бронзового медалиста нашей Десятки самых твердых веществ на земле. Это вюртцитный нитрид бора. При увеличении давления на этот материал, он становится тверже своего обычного состояния почти в два раза.
4 Алмаз
Натуральный алмаз все еще цепляется за свои позиции, однако… мало кто знает, что алмазы по твердости тоже бывают разными. В зависимости от качества камня его твердость колеблется от 70 до 150 гигапаскалей. Но, все же, твердую четверку он заслуживает.
5 Боразон или эльбор, кубонит, кингсонгит, киборит
Читайте также: Листовой прокат – что собой представляет и для чего используется
Все это названия одного и того же вещества – кубического нитрида бора, открытого еще в 1985 году. Интересно узнать, что боразон кое в чем алмаз превосходит – его температура горения почти в два раза превышает температуру горения алмаза.
6 Нитрид углерода-бора
А вот это вещество существует только потенциально и до сих пор доказано лишь теоретически. Тем не менее, когда оно будет создано, Нитрид углерода бора (c-BC2N) будет в некоторых аспектах тверже алмаза.
7 Карбид бора
Карбид бора – один из старожилов нашей десятки самых твердых веществ на планете. В 2021 исполняется 123 года с момента его открытия. И, тем не менее, он до сих пор держит марку – это одно из самых тугоплавких и химически стойких веществ, не растворяющееся даже в кипящих кислотах.
8 Диборид осмия
Диборид осмия отличается исключительной прочностью в одном из направлений своей кристаллической решетки. Чтобы получить это вещество, диборид магния смешивают с хлоридом осмия и выдерживают при температуре +1000С три дня. И то и другое вещество растворяются даже водой, но получившиеся кристаллы – гораздо тверже.
9 Диборид рения
Еще один кристалл, который наступает на пятки алмазу. Его кристаллическая решетка в отдельных направлениях даже тверже этого природного минерала. В то же время, по другим – в пять-шесть раз мягче. Так что 9 место он получает заслужено.
10 Борид магния-алюминия
Трехкомпонентное вещество, которое обладает идеальным скольжением и отменной твердостью. Материал существует в виде тончайшего напыления.
Мартенситностареющая сталь
Это особая разновидность сверхвысокопрочных сталей, прочность которых определяется интерметаллическими соединениями, а не углеродом. Такие стали известны своей прочностью и твёрдостью, не теряя пластичности.
Одним из основных элементов, используемых в мартенситностареющей стали, является 25-процентная массовая доля никеля. Его лучшее соотношение веса и прочности, чем у большинства других сталей, позволяет широко использовать мартенсит в ракетах и обшивках ракет.
Вектран
Производится только японской корпорацией «Kuraray», а представляет собой химически стабильный полиэстер с высокой прочностью и термостойкостью.
В основном используются для закрепления электрических кабелей, канатов, а также в качестве одного из композитных материалов для высококлассных велосипедных шин. Есть и недостаток. Имея высокую прочность, материал легко трескается.
Кевлар
Впервые был использован в 1970-х годах не в военной технике, а в качестве замены стали в гоночных шинах. Материал получил широкое применение в промышленности, так как он в 5 раз прочнее стали.
Сейчас кевлар широко применяется в производстве велосипедных шин, парусов для гоночных яхт, пуленепробиваемых жилетов. Получил широкое применение в аэрокосмической отрасли.
Паучий шёлк
Эти произведения искусства паука выступают одним из самых твёрдых материалов, встречающихся в природе.
Прочность паучьего шёлка зависит от вида и от ряда других внешних факторов, таких как температура и влажность, во время тестирования. Но при подходящих условиях эта нить в 10 раз прочнее кевлара на растяжение.
Это интересно: Если паучья нить была бы длиной 40 000 километров, что равно длине окружности экватора, она бы весила около 500 граммов.
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.
Читайте также: Почему позолоченное серебро чернеет и как устранить этот дефект в домашних условиях?
Карбид кремния
На фото: Минерал муссанит, который является природной разновидностью карбида кремния.
Этот материал составляет основу брони многих боевых танков. Он обладает высокой твердостью и прочностью, а также очень устойчив к радиации и химическим соединениям.
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 %.
Patella vulgata
Этот вид морских улиток, широко известный как «европейский блюдец», в основном встречается в Западной Европе. Их зубы — один из самых прочных материалов, обнаруженных в живой природе.
Исследование 2015 года, опубликованное в журнале «Royal Society Journal», показало, что зуб европейского моллюска может быть прочнее, чем паучий шёлк, который официально является самым прочным природным материалом на Земле.
Самый твердый металл
Среди всех известных металлов самым твердым является хром, однако его твердость во многом зависит от чистоты. Его свойства – коррозионностойкость, жаропрочность и тугоплавкость. Хром – металл беловато-голубого оттенка. Его твердость по Бринеллю равна 70-90 кгc/см2. Температура плавления самого твердого металла – тысяча девятьсот семь градусов по Цельсию при плотности семь тысяч двести кг/м3. Этот металл находится в земной коре в размере 0,02 процента, что немало. Обычно он встречается в виде хромистого железняка. Хром добывают из силикатных горных пород.
Хром считается самым прочным металлом
Этот металл используют в промышленности, выплавляя хромистую сталь, нихром и так далее. Его применяют для антикоррозийных и декоративных покрытий. Хромом очень богаты падающие на Землю каменные метеориты.
Вюрцит борная нанотрубка
Вюрцит нитрит бора — одно из самых редких веществ в мире. Они либо обнаруживаются естественным путём, либо синтезируются вручную. Материал назвали в честь прославленного французского химика Шарля Вюрца.
Различные симуляции показали, что борные нанотрубки из вюрцита могут выдерживать на 18% большее напряжение, чем алмаз. В природе они образуются во время извержений вулканов, под воздействием высоких температур и давления.
Buckypaper
Уникальный материал был создан американскими и бразильскими учёными. Сделан он из углеродных нанотрубок. Считается, что этот материал примерно в 50 000 раз тоньше, чем средний человеческий волос, и в 500 раз прочнее стали.
Ещё одна интересная характеристика Buckypaper в том, что она может рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний.
Самый прочный материал во Вселенной
Наиболее прочным и одновременно легким материалом нашей Вселенной является графен. Это углеродная пластина, толщина которой всего один атом, но она прочнее алмаза, а электропроводность в сто раз выше кремния компьютерных чипов.
Самый прочный и самый легкий материал в мире — графен
В скором времени графен покинет научные лаборатории. Все ученые мира говорят сегодня о его уникальных свойствах. Так, несколько грамм материала будет достаточно для покрытия целого футбольного поля. Графен очень гибкий, его можно складывать, изгибать, сворачивать рулоном.
Возможные сферы его использования – солнечные батареи, сотовые телефоны, сенсорные экраны, супербыстрые компьютерные чипы. Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен и Instagram
Зилон (Zylon)
Зилон специально разработан американским независимым институтом «SRI International» как особая разновидность термореактивного жидкокристаллического полиоксазола. Он в 1,6 раза прочнее, чем кевлар.
Zylon используется в ряде областей, где требуется очень высокая прочность и отличная термическая стабильность. Теннисные ракетки, сноуборды — вот некоторые из его известных применений.
Карбид бора B4C (B12C3) — 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.
Углеродное волокно
Диаметр таких волокон равен 5–10 микрометров и состоят они в основном из атомов углерода. У таких волокон есть ряд преимуществ перед сталью и сплавами.
У этих волокон высокая жёсткость, высокая прочность на разрыв, малый вес и высокая химическая стойкость. Эти свойства сделали углеродное волокно очень популярным в аэрокосмической, военной отраслях. Широко используют их в производстве спортивного снаряжения.
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.
Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Dyneema)
Dyneema — это прочное и сверхлёгкое полиэтиленовое волокно, которое в основном используется в качестве композитных пластин для создания бронированных автомобилей. Оно легче воды, а останавливает пули и в 15 лучше стали.
Также используется для изготовления альпинистского снаряжения, рыболовных верёвок, тетивы для лука. Он имеет высокий предел текучести 2,4 ГПа и низкий удельный вес 0,97 г/см³.
Алмаз
Всем читателям thebiggest.ru известно, что алмазы — самый твёрдый материал природы, если использовать для измерения шкалу Мооса. Сделать царапину на алмазе получится, если только использовать другой алмаз.
Такие свойства алмаза человек стал применять в промышленности, в качестве изоляторов и полупроводников. А алмазная крошка просто незаменима при резке высокотвёрдых материалов.
Читайте также: III группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (Алюминий)
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки, как алмаз и графит, являются производным аллотропов углерода в цилиндрической наноструктуре. Исключительная прочность и меньший вес являются причиной его ценности для электронной промышленности и нанотехнологий.
Кроме того, благодаря своей превосходной теплопроводности, электрическим и механическим свойствам углеродные нанотрубки являются основой многих отраслей промышленности.
Графен
Графен, пожалуй, самый прочный материал, известный людям. В нём один слой углерода, расположенный в треугольной решётке. Является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок.
Хотя графен производится в небольших количествах уже более века, первое изолированное открытие материала было сделано К. Новоселовым и А. Геймом в 2004 году. Оба за свой вклад в развитие науки получили Нобелевскую премию в области физики.
Самые прочные металлы в мире: топ-10
Наш мир полон удивительных фактов, которые интересны множеству людей. Не являются исключением и свойства различных металлов. Среди этих элементов, которых в мире насчитывается 94, есть самые пластичные и ковкие, есть также с высокой электропроводностью или с большим коэффициентом сопротивления. В этой статье речь пойдет о самых твердых металлах, а также об их уникальных свойствах.
10. Тантал
У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.
Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.
Топ-10 самых крепких элементов
Сейчас известно большое количество металлов, сплавов. Среди самых крепких можно выделить 10 элементов.
Читайте также: Как пользоваться балеринкой по дереву
Тантал
- высокая плотность, прочность;
- стойкость к образованию ржавчины;
- тугоплавкость.
Применяется при производстве электронных устройств в автомобилях, деталей для компьютеров, ноутбуков, сверхмощных конденсаторов, камер.
Ноутбук (Фото: Instagram / msigaming_ukraine)
Бериллий
Это высокотоксичный металл, работать с которым нужно в химической защите. Чаще используется в качестве легирующей добавки для стали. Бериллий применяется при изготовления систем наведения, тепловых экранов, огнеупорных материалов, вакуумных труб.
Уран
Редкий, радиоактивный элемент. Один из самых твердых материалов. Применяется в ядерной энергетике при производстве оружия.
Железо
Без легирующих добавок железо не обладает большой твердостью и прочностью, но оно сильно распространено. На основе железа изготавливаются разные сплавы. Один из самых популярных — сталь. Это железо с добавлением углерода и других примесей. Она чаще применяется в машиностроении, сооружении металлоконструкций. Из стали изготавливают строительные материалы, инструменты, крепежные элементы.
Титан
- высокий показатель прочности и износоустойчивости;
- невосприимчивость к воздействию критических температур.
При своей высокой прочности, механической стойкости титан имеет небольшую удельную массу. Из него собирают высокопрочные и легкие металлоконструкции.
Титан (Фото: Instagram / aozapp)
Рений
Редкий химический элемент. Недоступен большинству людей из-за высокой стоимости. Выдерживает нагревание до 2000°C без нарушения структуры, целостности. Применяется в электротехнике, нефтехимической промышленности. Из рения изготавливают детали для ракет, двигатели самолетов.
Хром
Устойчив к механическому воздействию. Его сложно поцарапать разными материалами. Отличается высоким показателем твердости, устойчив к образованию ржавчины.
Иридий
Это элемент из платиновой группы. Имеет высокую температуру плавления, твердость. Для его плавления температуру нужно поднять выше 2000°C. По удельной массе это один из самых тяжелых материалов.
Осмий
Элемент из платиновой группы. Самый плотный материалом на нашей планете. Температура плавления — 3033°C. В чистом виде практически нигде не используется. Для расширения сфер применения он разбавляется легирующими добавками.
9. Бериллий
А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.
Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.
Читайте также: 1Д601 универсальный настольный токарный станок
Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.
Уран
Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.
Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.
Вольфрам
Увенчивает наш список самых твёрдых металлов на Земле блестящий серебристо-серый вольфрам. По шкале Мооса твердость вольфрама равна 6, как и у урана, но, в отличие от последнего, он не является радиоактивным. Природная твёрдость, однако, не лишает его гибкости, потому вольфрам идеально подходит для ковки разных металлических изделий, а его устойчивость к высоким температурам позволяет применять его в осветительных приборах и электронике. Потребление вольфрама не достигает больших оборотов, и главной тому причиной является его ограниченное количество в месторождениях.
Благодаря высоким показателям плотности вольфрам широко используется в оружестроении для производства тяжеловесов и артиллерийских снарядов. Вообще вольфрам активно используется в военной инженерии – пули, противовесы, баллистические ракеты. Следующим по популярности использования этого метала является авиация. Из него изготавливают двигатели, детали электровакуумных приборов. В строительстве используют режущие инструменты из вольфрама. Также он является незаменимым элементом при производстве лаков и светоустойчивых красок, огнестойких и водонепроницаемых тканей.
Вольфрам считается наиболее тугоплавким и прочным
Изучив свойства и сферы потребления каждого металла, сложно однозначно сказать, какой же самый твердый металл в мире, если брать во внимание не только показатели шкалы Мооса. Каждый из представителей имеет ряд преимуществ. Например, титан, не обладающий сверхвысокой твердостью, прочно занял первое место среди самых используемых металлов. А вот уран, твердость которого достигает наивысшей отметки среди металлов, не так популярен из-за слабой радиоактивности. А вольфрам, который не излучает радиации и имеет наивысшую прочность и очень хорошие показатели податливости, не может быть активно использован из-за ограниченных ресурсов.
Железо и сталь
Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.
Сталь — это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).
6. Титан
Титан — это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.
Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.
Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.
Титан
Титан является высокопрочным материалом, который пользуется широким спросом во многих отраслях. Наиболее распространенной областью применения является авиация. Всему виной удачное сочетание малой массы и высокой прочности. Также свойствами титана является большая удельная прочность, стойкость к физическим воздействиям, температурам и коррозии.
5. Рений
Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.
Читайте также: Как сделать пресс форму для штамповки металла
Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.
Россия — третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.
Рений
Парамагнитный рений, один из более «тяжёлых» элементов высокой плотности (21.03 г/см3). На земле RE существует в чистом виде, особенно значительно содержание в виде примеси в молибдените до 0,5%. Ярко выраженными свойствами RE считаются высочайшая прочность, жаростойкость, характеризуется тугоплавкостью, стойкостью к окислению, пластичностью, малой коррозией при воздействии многих химических веществ. Рений — дорогостоящий металл. Сферы применения многообразны: электроника, ракетостроение, авиастроение (например, производство запчастей для сверхзвуковых истребителей), металлургическая отрасль, медицина, судостроение.
Хром
По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.
Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.
А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).
ТОП-10 самых прочных металлов в мире
Прогноз: драгметаллы выиграют от «зелёной» революции
Драгоценные металлы показали в целом очень хорошие результаты по итогам 2021 года. Скорее всего, они сохранят свою динамику ценообразования и в 2021 году благодаря развитию «зелёной» энергетики.
Рынок золотых монет с 1 по 7 февраля 2021
Курс золота «просел» за неделю, опустившись с 1844 до 1814 долларов. Отчасти на это повлияла коррекция на рынке серебра, который получил спекулятивную поддержку от покупательской активности индивидуальных инвесторов.
Сказка про революцию на Уолл-Стрит
Если верить СМИ, то сейчас Уолл-Стрит переживает революцию. По их сообщению, толпы мелких инвесторов в настоящее время объединяют свои усилия с помощью торговых приложений. Но так ли это на самом деле?
Вилл Ринд: у золота есть повод для оптимизма
Цена золота начала новый 2021 год выше отметки 1900 долларов за одну унцию, но затем произошла коррекция. Сейчас жёлтый драгметалл торгуется ниже этого уровня. Об этом сообщает портал Investing News.
ЗМД: прогноз цены серебра на 2021 год
Инвесторы, как и в ситуации с золотом, стремятся обеспечить безопасность инвестпортфелей, и поэтому покупают серебро. Впервые за последние пять лет серебро смогло преодолеть диапазон курса 15-20 долларов за унцию.
ЗМД: прогноз цены золота на 2021 год
Эйфория относительно вакцины сейчас преждевременна. Пандемия с повестки дня не уходит. Доходность жёлтого драгметалла в этом году находилась в диапазоне 16-30%. По прогнозу МВФ, реальный рост ВВП стабилизируется в 2021 г.
Биткоин не заменит золото!
Джим Рид из Deutsche Bank недавно заявил, что биткоин является более надёжным инструментом хеджирования инфляции и валютных рисков, чем золото. Поводом для высказывания стал рост цифровой валюты на 17%.
5 советов новичкам для инвестиций в золото
На рынок золота постоянно приходят новые частные инвесторы, которые только начинают интересоваться покупкой золота. У них возникает сомнение, когда лучше инвестировать и что лучше покупать. Далее несколько советов.
Правила при покупке монет и слитков из золота
Золотые монеты и слитки являются оптимальным средством для защиты капитала от кризиса. При их покупке важно соблюдать несколько правил. Одно из них гласит: при покупке золота нужно сразу думать о его продаже.
Почему лучше покупать золотые монеты, чем слитки
Многие начинающие инвесторы задаются часто одним и тем же вопросом: лучше инвестировать в золотые монеты или слитки? Есть несколько причин, почему покупка золотых монет является лучшим выбором.
3. Иридий
Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.
Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.
Осмий
В список твердейших металлов также входит осмий. Он является элементом, входящим в платиновую группу, и по своим свойствам схож с иридием. Этот тугоплавкий металл устойчив к воздействиям агрессивной среды, имеют большую плотность, и плохо поддается обработке. Открыл его ученый Смитсон Теннант из Англии в 1803 году. Этот металл широко применяется в медицине. Из него изготовлены элементы электрокардиостимуляторов, он также применяется при создании клапана легочного ствола. Он широко применяется также в химической промышленности и в военных целях.
2. Осмий
Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.
Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.
Читайте также: Токарно-винторезный станок 1к62 и его технические характеристики
О металлах в природе
Металлы разделяются на черные и цветные. Классическим представителем первого вида является железо. Цветные образуют более дорогостоящую группу.
Как производят металлы
Металлы в чистом виде в природе не встречаются. Содержатся они в рудах.
Их производство идет по следующим этапам:
- определение месторождений;
- добыча руды:
- извлечение металла.
Самые прочные из металлов
Прочность — это свойство металла противостоять внешним нагрузкам. Сопротивляемость элемента обеспечивается его внутренней структурой, способной создавать внутреннее напряжение, которое противостоит наружному давлению.
К самым прочным металлам относятся:
- титан;
- рений;
- бериллий;
- хром;
- тантал;
- иридий.
1. Вольфрам
Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).
Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых — Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхуяра — к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.
Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.
Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности — для изготовления ракетных сопел.
Иридий
Итак, самый прочный металл ‒ это иридий. Получают его путем выпадения осадка от растворения платины в серной кислоте. По прошествии реакции вещество приобретает черный цвет, в дальнейшем в процессе различных соединений может менять цвет: отсюда и название, в переводе означающее «радуга». Иридий открыли в начале XIX века, и с тех пор было найдено всего два способа растворить его: расплавленная щелочь и перекись натрия.
Иридий очень редко встречается в природе, в составе земли его количество не превышает 1 к 1 000 000 000. Вследствие этого, одна унция материала стоит как минимум 1000 долларов.
Иридий широко применяется в разных сферах деятельности человека, особенно в медицине. Из него производят глазные протезы, слуховые аппараты, электроды для мозга, а также специальные капсулы, которые вживляют в раковые опухоли.
По теории ученых, столь малое количество вещества говорит о том, что оно имеет инопланетное происхождение, а именно, принесено каким-либо астероидом.
Таблица предела прочности металлов
| Металл | Обозначение | Предел прочности, МПа |
| Свинец | Pb | 18 |
| Олово | Sn | 20 |
| Кадмий | Cd | 62 |
| Алюминий | Al | 80 |
| Бериллий | Be | 140 |
| Магний | Mg | 170 |
| Медь | Cu | 220 |
| Кобальт | Co | 240 |
| Железо | Fe | 250 |
| Ниобий | Nb | 340 |
| Никель | Ni | 400 |
| Титан | Ti | 600 |
| Молибден | Mo | 700 |
| Цирконий | Zr | 950 |
| Вольфрам | W | 1200 |
Сплавы против металлов
Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.
Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.
А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.
Самый прочный металл. Высокопрочные металлы
Сегодня мы рассмотрим самые прочные металлы в мире и обсудим их свойства. И открывает «рейтинг прочности» титан.
Не самый прочный?
Название металла, предположительно, произошло от имени древнегреческого героя Титана. Поэтому данный металл ассоциируется у нас с несокрушимостью. Многие считают титан самым прочным металлом в мире. Однако на самом деле это далеко не так.
Чистый титан был впервые получен в 1925 году. На новый материал сразу же обратили внимание благодаря ряду свойств. Титан начали очень активно применять в промышленной сфере.
Сегодня титан находится на 10 месте среди природных металлов по распространенности. В земной коре его содержится около 700 млн тонн. То есть нынешнего сырья хватит еще на 150 лет.
Титан отличают превосходные свойства. Это легкий и прочный металл, устойчивый к коррозии. Он с легкостью поддается термической обработке, имеет широкий диапазон применения. Он взаимодействует с другими элементами таблицы Менделеева только при нагревании. В природе содержится в рутиловых и ильменитовых рудах. Чистый титан получают путем спекания руды с хлором.
Он способен выдерживать огромные нагрузки. Отличается металл высокой прочностью и сопротивляемостью ударному действию. Его используют при изготовлении транспортных средств, ракет и даже подводных лодок. Титан выдерживает силу давления даже на больших глубинах.
Популярен он и в медицинской промышленности. Протезы на его основе не взаимодействуют с тканями организма и не подвержены коррозии. Но через годы он начинает изнашиваться, что заставляет заменять протез на новый.
Новые разработки
В 2016 году ученые отыскали способ усовершенствовать свойства титана и сделать его еще более прочным. Основная цель исследований — найти более стойкий материал, при этом совместимый с тканями организма. И тут вспомнили о золоте, которое долгие годы применяется в протезировании.
Сплав титана и золота, после нескольких попыток найти идеальное соотношение составляющих, оказался невероятно прочным. В 4 раза прочнее других металлов, использующихся сегодня для протезирования.
Тантал
Один из самых прочных металлов. Назван в честь древнегреческого бога Тантала, который прогневил Зевса и был низвержен в ад. Имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом. Является характерным элементом гранитной и щелочной магмы. Его добывают из минерала колтана, наиболее крупные месторождения которого находятся в Бразилии и Африке.
Он был открыт в далеком 1802 году. Тогда его считали разновидностью колумбия, но позже установили — это два разных металла, схожих по свойствам. Лишь через 100 лет удалось получить чистый тантал. Стоимость его сегодня достаточно высокая — 150 долларов за 1 кг металла.
Тантал — тугоплавкий металл с достаточно высокой плотностью. С химической точки зрения он стабилен, так как не растворяется в разбавленных кислотах. В виде порошка тантал неплохо горит на воздухе. Используется для изготовления электролитических конденсаторов, нагревателей в вакуумных печах. Танталовые конденсаторы увеличивают срок эксплуатации электронных систем до 10-12 лет. Примечательно, что нашли применение ему даже ювелиры — им заменяют платину.
Испытание металлов на прочность показало — сплав тантала и вольфрама имеет почти стопроцентную крепость.
Осмий — самый-самый.
Осмий — еще один невероятно прочный металл. Он также входит в список самых редких и дорогих. В составе земной коры он присутствует в мизерных количествах. Относится к рассеянным, то есть не имеет собственных месторождений. Поэтому добыча его сопровождается огромными сложностями.
Осмий принадлежит к группе платиновых металлов. Стоимость его составляет около 10 000 долларов за 1 грамм. По цене он уступает лишь искусственному калифорнию. Он состоит из нескольких изотопов, которые невероятно сложно разделить. При этом наиболее востребованным является изотоп осмий-187. Его цена за 1 грамм доходит до 200 000 долларов!
Осмий — рекордсмен по плотности среди металлов. Кроме этого, он является высокопрочным металлом. Сплавы, в составе которых присутствует осмий, приобретают устойчивость к коррозии, становятся более прочными и долговечными. Применяют металл и в чистом виде, к примеру, для изготовления дорогих авторучек, которые практически не изнашиваются и пишут годами.
Хром
Хром, кобальт и вольфрам известны науке еще с 1913 года и объединены под общим названием — стеллиты. Они сохраняют твердость даже при температуре 600 градусов по Цельсию.
В основном этот металл содержится в глубоких слоях Земли. Также он встречается в составе каменных метеоритов, которые считаются аналогами нашей мантии. Промышленную ценность представляют только хромшпинелиды. Многие минералы, в составе которых встречается хром, совершенно бесполезны. Наиболее чистый хром получают путем электролиза концентрированных водных растворов или электролиза сульфата хрома.
Металл в сочетании со сталью значительно усиливает ее прочность, а также добавляет устойчивости к окислению. Он совершенствует характеристики стали, при этом не снижая ее пластичности.
Рутений
Принадлежит к платиновой группе и относится к благородным металлам. Однако из их списка рутений считают наименее благородным. Открыл его ученый Карл-Эрнст Клаус в 1844 году. Примечательно, что профессор постоянно нюхал и пробовал на вкус результаты своих исследований. Однажды он даже получил ожог ротовой полости, когда дегустировал одно из соединений открытого им рутения.
Его мировые запасы на сегодняшний день составляет около 5 000 тонн. Рутений долгое время исследуют, однако многие его свойства пока неизвестны. Вся проблема в том, что пока не было найдено способа полной очистки рутения. Загрязненность сырья мешает исследовать его свойства. Однако медики уверены, что использование металла в обиходе способно повысить заболеваемость среди населения. Поэтому выброс изотопа рутения-106 на Урале вызвал такой резонанс в прессе. Ведь рутений-106 имеет радиоактивные свойства.
При этом стоимость его в 2017 году неожиданно превзошла все платиновые металлы.
Иридий — самый прочный металл
Именно иридий отличается наивысшей прочностью. Да, он уступает осмию по плотности, но имеет высочайший коэффициент прочности. Его также называют самым редким из металлов, однако на самом деле содержание астата в земной коре еще меньше.
Иридий изучали очень осторожно. Спустя 70 лет его основные свойства — невероятная прочность и устойчивость к коррозии, стали известны всему миру. Сегодня он применяется во множестве отраслей. Львиную долю металла эксплуатирует химическая промышленность. Оставшаяся часть распределена на множество других областей, среди которых — медицина и ювелирное дело. Иридий в сочетании с платиной создает качественные и очень долговечные украшения.
Источник https://zpu-tmb.ru/cvetnye-metally-i-splavy/samyj-krepkij-material.html
Источник https://met-lit.ru/stanki/kakoj-metall-samyj.html
Источник https://www.syl.ru/article/366015/samyiy-prochnyiy-metall-vyisokoprochnyie-metallyi
