这张图片显示了热处理使晶粒迅速生长成一个大的单晶。图片来源:Toshihiro Omori via Nature Communications
对某些金属的一种新的加热方法可能会产生更好的抗震建筑材料。
日本东北大学(Tohoku University)的研究人员及其同事发现了一种经济的方法,可以改善一些“形状记忆”金属的性能,这种金属在变形后能够恢复到原始形状。该方法可以为这些改良金属的大规模生产铺平道路,用于各种应用,包括抗震建筑材料。
大多数金属是由大量晶体构成的,但在某些情况下,当它们由单晶构成时,它们的性能会得到改善。然而,单晶金属的生产成本很高。
研究人员已经开发出一种更便宜的生产方法,它利用了一种被称为“晶粒异常生长”的现象。通过这种方法,当金属暴露在高温下时,它的多个“晶粒”或晶体不规则生长,其中一些以牺牲另一些为代价。
该团队的技术包括几个加热和冷却的循环,最终产生了一个单晶金属棒,长70厘米,直径15毫米。该研究的首席研究员Toshihiro Omori说,与目前形状记忆合金棒的尺寸相比,这是非常大的,使其适合于建筑和土木工程应用。
要生产这种大型单晶金属棒,需要将金属合金加热到900°C,然后冷却到500°C,共加热5次。接下来是加热到740°C,然后冷却到500°C的四个循环。最后,金属被最后一次加热到900°C。省略了较低温度的加热(740°C)/冷却(500°C)循环并没有导致单晶的结果。
他们使用的合金是由铜、铝和锰制成的,是一种众所周知的形状记忆金属,很容易用机器切割。增大材料晶体的尺寸会大大增强其弹性。改变它的形状也会使它非常结实。这些综合特征使它对抗震建筑结构非常有吸引力。
研究人员在发表在该杂志上的研究中总结道:“由于目前的技术过程简单,因此有利于单晶的大规模生产,这一发现为形状记忆单晶在结构材料中的应用开辟了道路,例如在建筑物和桥梁中的地震应用。自然通讯.
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