Титан в настоящее время является основным материалом для изготовления искусственных суставов и других имплантатов потому, что он прочен, тверд, обладает высокой износоустойчивостью и является биологически совместимым материалом. Однако, ученые-физики из университета Райс (Rice University) продемонстрировали, что небольшая добавка золота к титану может кардинально изменить характеристики этого металла в лучшую сторону. «Этот новый сплав обладает прочностью, в 3-4 раза превышающей прочность лучших сортов стали» — рассказывает Эмилия Моросан (Emilia Morosan), описывая свойства сплава титана и золота в соотношении 3-к-1, — «И он в четыре раза более тверд, чем чистый титан, широко используемый сейчас в медицине для изготовления имплантатов и искусственных суставов».
Необычайные свойства нового сплава диктуются строением его атомной решетки, в которой атомы плотно упакованы в составе кубических ячеек, которые, как уже давно известно, определяют твердость материала. И, как это очень часто бывает в науке, новый сплав был получен по счастливой случайности, точнее по этой случайности Эмилия Моросан и ее коллегам первыми удалось зарегистрировать свойства этого удивительного материала. А изначально исследователи экспериментировали со сплавом золота и титана в соотношении 1-к-1, который является известным магнитным материалом, состоящим из немагнитных компонентов.
«Когда мы попытались размолоть в порошок один из образцов, мы не смогли сделать этого» — рассказывает Эмилия Моросан, — «Мы специально для этого приобрели алмазный инструмент, но и он не смог нам ничем помочь». После этого ученые провели измерения прочности и твердости имеющихся у них образцов. Получив не очень обычные показатели, они провели подобные эксперименты с другими сплавами титана и золота, имевшими различное процентное содержание компонентов.
Открытию нового сплава способствовало то, что при относительно высокой температуре сплав titanium-3-gold имеет прозрачную бета-форму, кристаллическую структуру, в четыре раза более твердую чем титан. Но при снижении температуры кристаллическая форма превращается в альфа-форму, которая обладает твердостью, уже сопоставимой с твердостью титана. Однако, при некоторых условиях охлаждения, большинство ячеек кристаллической решетки остается в бета-форме, что и обуславливает указанные выше характеристики нового сплава.
Механические характеристики нового вида сплава титана и золота были проверены и подтверждены специалистами из Техасского университета, университета Флориды и других лабораторий. А ученые из Онкологического центра Андерсона в Хьюстоне, проведя ряд тестов, определили, что новый сплав имеет уровень биологической совместимости, больший, нежели уровень золота и титана по отдельности.
Источник:
