Av en slump har amerikanska forskare upptäckt ett material som är hårdare än alla andra kända material förutom diamant. Materialet, som är en legering av aluminium, magnesium och bor, har egenskaper som gör det mycket attraktivt för industriella tillämpningar. Dessutom är det billigare än de nuvarande alternativen.
Bruce Cook, forskare vid Ames Laboratoriet, upptäckte hur hårt materialet var när han försökte såga upp ett stycke i mindre bitar för att undersöka dess värmeledande förmåga. När inte ens laboratoriets diamantsåg klarade av att såga i materialet insåg Bruce Cook att det var något speciellt med materialets hårdhet.
När han undersökte det närmare visade sig materialet ha en hårdhet på 46 gigapascal. Det är något hårdare än kubisk bornitrid, det material som tidigare innehade titeln som världens näst hårdaste ämne. Diamants hårdhet uppskattas till mellan 70 och 100 gigapascal.
Det nya materialet väckte förvåning genom att vara så hårt, det borde inte vara ett av världens hårdaste ämnen eftersom dess struktur är relativt komplex. Kristallstrukturen har 64 atomer i sin enhetscell, jämfört med 8 hos diamant. Hårda ämnen har oftast enkla och stabila kristallstrukturer.
Enligt Bruce Cook gör materialets struktur det möjligt att öka hårdheten, vilket han och hans kollegor också gjort genom att tillsätta små mängder kisel. De letar nu efter andra tillsatser som kan öka hårdheten ytterligare.
Cooks aluminium-magnesium-bor legering kommer troligen att bli betydligt billigare än alternativa material. Kubisk bornitrid kostar upp till 1 5000 dollar per kilo och diamant kostar 4 000 dollar per kilo.
-Det faktum att industrin är villig att betala det priset för kubisk bornitrid illustrerar vilken kritisk industriprocess det här är." säger Alan Russell, en kollega till Cook vid Ames.
-Behandling av järn och stål är en enorm del av den amerikanska tillverkningsindustrin" tillägger han. Cook och Russell uppskattar att det nya materialet kommer att kosta 1 400 dollar per kilo, vilket skulle innebära en enorm besparing för tillverkare som använder sig av kubisk bornitrid eller diamant i sin process.
I dag används framför allt kubisk bornitrid för att kapa stål och järn. Diamant går inte att använda eftersom den förvandlas till grafit om den kommer i kontakt med järnbaserade ämnen vid höga temperaturer. Tester har också visat att det nya ämnet inte har diamantens negativa egenskaper.
Cook och hans kollegor forskar vidare kring det nya ämnet. Deras mål är att öka förståelsen för materialets egenskaper, och att utveckla en så billig tillverkningsmetod som möjligt. De vill dessutom försöka framställa materialet i pulverform. Ett sådant pulver skulle kunna användas som beläggning på metallytor som utsätts för mycket slitage. Genom att spruta på ett tunt lager av pulvret och värma upp det tills det smälter är det möjligt att skapa en homogen beläggning. Det nya materialet är speciellt lämpat för sådan form av ytbehandling eftersom det inte genomgår några strukturella förändringar när det övergår från fast till flytande fas. Både diamant och kubisk bornitrid har ett betydligt mer komplicerat beteende vid fasövergång, vilket gör pulverbeläggning mycket komplex. Framtida tillämpningar för en sådan beläggningsmetod skulle kunna innefatta allt från beläggning på verktygsstål till skyddande lager på snöplogars blad.
Ett företag i Michigan som tillverkar verktyg för bilindustrin har testat det nya materialet med positiva resultat. Enligt Cook var företaget speciellt nöjt med att materialet inte sprack, vilket är ett vanligt problem hos hårda material. Flera andra företag har inlett sina egna tester. Det stora hindret för kommersiella tilllämpningar är att framställningen av det nya materialet fortfarande är för dyr. Alan Russell tror att det kommer att ta minst ett år innan storskaliga tillämpningar kan börja.
Mer information om materialet finns på
http://www.external.ameslab.gov/news/release/substance.html
