Воссоздание Протея

Учёные из Университета Дарема и Института Фраунгофера создали первый в мире «нережущийся материал». Материал под названием Proteus отличается высокой пластичностью и высокой устойчивостью к динамическим нагрузкам.

Вдохновением для создания материала стала кожура грейпфрута и раковина моллюска абалона (также известного как морские ушки). Толстая кожура грейпфрута представляет собой плотный пористый материал, а раковины моллюсков состоят из нескольких слоёв пластинок карбоната кальция, соединённых между собой более пластичным белковым веществом.

Proteus представляет собой материал, который состоит из керамических шариков рассеяных в алюминиевой пенистой структуре. Материал обладает низкой плотностью – порядка 1,15 г/см3, это 15% плотности стали, однако он способен выдерживать высокую нагрузку, например, шлифовальной машинки или дрели.

Название материала – Proteus – происходит от имени древнегреческого морского божества Протея, сына Посейдона и Геры, который славился своей изменчивостью и способностью быстро адаптироваться к любым условиям. В творении британских и немецких учёных сходство с Протеем проявляется в способности «отражать» воздействующую силу за счёт создания дополнительного сопротивления при повреждении керамических шариков.

Внешний слой материала крошится под нагрузкой, превращаясь в мелкие песчинки, которые заполняют собой полости алюминиевой пены. Керамика имеет твёрдость порядка 85 единиц по Роквелу, а стальные режущие инструменты до 64. По шкале Мооса керамика имеет твёрдость 8,5 и уступает только алмазу и корунду. Поэтому Протей изнашивает режущий инструмент, а не наоборот. Через 10 сек работы отрезным диском его радиус становился равным 57 мм, а через минуту - 22 мм. Кроме того, возникает вибрация с изменяющейся по мере проникновения инструмента в материал частотой. В какой-то момент возникает резнанс, ускоряющий разрушение инструмента.

Протей не поддаётся и струе воды под высоким давлением - керамические шарики распыляют струю, уничтожая её режущий эффект, подобно использовавшейся когда-то танковой броне, распылявшей кумулятивную струю противотанковых ракет.

Опубликовано в nature.com