Forbedring af jordskælvsresistens med en enkelt krystal

En ny opvarmningsmetode for visse metaller kan føre til forbedrede jordskælvsresistente byggematerialer.

Tohoku University forskere og kolleger har fundet en økonomisk måde at forbedre egenskaberne af nogle 'formhukommelse' metaller, kendt for deres evne til at vende tilbage til deres oprindelige form efter at have været deformeret. Metoden kunne gøre plads til masseproduktion af disse forbedrede metaller til en række forskellige anvendelser, herunder jordskælvsbestandige byggematerialer.

De fleste metaller er lavet af et stort antal krystaller, men i nogle tilfælde, deres egenskaber forbedres, når de er dannet af en enkelt krystal. Imidlertid, enkeltkrystalmetaller er dyre at producere.

Forskere har udviklet en billigere produktionsmetode, der drager fordel af et fænomen kendt som 'unormal kornvækst'. Ved at bruge denne metode, et metals flere 'korn', eller krystaller, vokser uregelmæssigt, nogle på bekostning af andre, når den udsættes for varme.

Holdets teknik involverer flere cyklusser af opvarmning og afkøling, der resulterer i en enkelt-krystal metalstang på 70 centimeter i længden og 15 millimeter i diameter. Dette er meget stort i forhold til størrelserne på barer i den nuværende formhukommelseslegering, gør den velegnet til bygnings- og anlægsapplikationer, siger Toshihiro Omori, den ledende forsker i undersøgelsen.

For at producere den store single-crystal metal bar, en metallegering opvarmes til 900 ° C og derefter afkøles til 500 ° C, fem gange. Dette efterfølges af fire cykler med opvarmning til 740 ° C og derefter afkøling til 500 ° C. Endelig, metallet opvarmes en sidste gang til 900°C. Udeladelse af de lavere temperaturopvarmnings- (740°C)/afkølingscyklusser (500°C) førte ikke til enkeltkrystalresultatet.

Legeringen de brugte, som er lavet af kobber, aluminium og mangan, er et velkendt formhukommelsesmetal, der er let at skære med maskiner. Forøgelse af størrelsen på materialets krystaller øger dets elasticitet drastisk. Ændring af form gør den også ret stærk. Disse kombinerede funktioner gør det meget attraktivt at bygge strukturer, der kan modstå jordskælv.

"Da den nuværende teknik er fordelagtig til masseproduktion af enkeltkrystaller på grund af processens enkelhed, dette fund åbner vejen for anvendelser af formhukommelse enkeltkrystaller til strukturelle materialer, f.eks. til seismiske anvendelser i bygninger og broer, "konkluderer forskerne i deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .