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.
