En ny uppvärmningsmetod för vissa metaller kan leda till förbättrade jordbävningsresistenta byggmaterial.

Tohoku -universitetets forskare och kollegor har hittat ett ekonomiskt sätt att förbättra egenskaperna hos vissa "formminne" -metaller, känd för sin förmåga att återgå till sin ursprungliga form efter att ha deformerats. Metoden kan ge plats för massproduktion av dessa förbättrade metaller för en mängd olika tillämpningar, inklusive jordbävningsbeständiga byggmaterial.

De flesta metaller är gjorda av ett stort antal kristaller men, i vissa fall, deras egenskaper förbättras när de bildas av en enda kristall. Dock, enkristalliga metaller är dyra att tillverka.

Forskare har utvecklat en billigare produktionsmetod som drar nytta av ett fenomen som kallas 'onormal spannmålstillväxt'. Genom att använda denna metod, en metalls flera "korn", eller kristaller, växa oregelbundet, vissa på andras bekostnad, när den utsätts för värme.

Teamets teknik innebär flera cykler av uppvärmning och kylning som resulterar i en enkristallig metallstång som är 70 centimeter lång och 15 millimeter i diameter. Detta är mycket stort jämfört med storleken på nuvarande formlegeringar, gör den lämplig för byggnads- och anläggningsapplikationer, säger Toshihiro Omori, den ledande forskaren i studien.

För att producera den stora enkristalliga metallstången, en metalllegering värms till 900 ° C och kyls sedan till 500 ° C, fem gånger. Detta följs av fyra cykler med uppvärmning till 740 ° C och sedan kylning till 500 ° C. Till sist, metallen värms en sista gång till 900 ° C. Att utelämna cyklerna för uppvärmning av lägre temperatur (740 ° C)/kylning (500 ° C) ledde inte till enkristallresultatet.

Legeringen de använde, som är gjord av koppar, aluminium och mangan, är en välkänd formminnesmetall som är lätt att skära med maskiner. Att öka storleken på materialets kristaller ökar drastiskt dess elasticitet. Att ändra formen gör den också ganska stark. Dessa kombinerade funktioner gör det mycket attraktivt för att bygga strukturer som tål jordbävningar.

"Eftersom den nuvarande tekniken är fördelaktig för massproduktion av enstaka kristaller på grund av enkelheten i processen, detta fynd öppnar vägen för tillämpningar av formminnes enkristaller för strukturmaterial, till exempel för seismiska tillämpningar i byggnader och broar, "avslutar forskarna i sin studie publicerad i tidningen Naturkommunikation .