Hořčík je nadějným kovem budoucnosti

Konstruktéři automobilů, letadel i kosmických lodí se rozhlížejí po nových lehkých materiálech, díky nimž by jejich dopravní prostředky spotřebovaly méně paliva. Mezi těmi, kdo požadované hmoty pomáhají hledat, jsou i čeští vědci.

Na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy v Praze pracuje tým vedený profesorem Pavlem Lukáčem, který patří na přední místo ve světě ve výzkumu hořčíkových slitin. »Když jsme před téměř 35 lety začínali s prací na hořčíku a jeho slitinách, nikdo mimo úzkou vědeckou obec se o naši práci nezajímal. Bylo to čistě akademické téma. Dnes máme pocit, že se z nás staly hvězdy. O naše výsledky a zkušenosti se ucházejí zahraniční vědecké i průmyslové instituce,« říká členka týmu, profesorka Zuzana Trojanová.

Nejlehčí, ale málo pevný

Pozornost při hledání moderních lehkých materiálů se ve světě zaměřuje zejména na lehké kovy: hořčík, hliník a titan. Nejlehčím z této trojice je hořčík. Tento prvek má sám o sobě malou pevnost a silně podléhá korozi. Jednou z cest ke zlepšení jeho vlastností jsou proto slitiny s jinými prvky, často to bývá hliník, zinek, mangan, křemík. Hořčíkové slitiny se v průmyslu používají už více než sedmdesát let. Byly však vytlačovány hliníkem a jeho slitinami, které sice jsou těžší, zato však mají příznivější mechanické vlastnosti a odolnost. Nynější snaha o další snižování hmotnosti výrobků staví hořčík od počátku devadesátých let do popředí nového zájmu. Jednou z velmi slibných možností jeho využití jsou kompozitní materiály. ompozity jsou kombinované materiály,v nichž je základní látka vyztužena částicemi jiného materiálu. Všeobecně známý je laminát, tvořený plasty proloženými tkaninou či vlákny z jiného materiálu, například skla, papíru.

Kováři a safír

»Kováři«, jak se přezdívá fyzikům okolo profesora Lukáče, spolupracují s Centrem pro nové technologie Technické univerzity v německém Clausthalu, kde se zhotovují kompozity. Vzorky materiálů se pak v Praze podrobují mechanickým a tepelným zkouškám. »Snažíme se popsat a vysvětlit fyzikální procesy probíhající v materiálu při mechanickém a tepelném namáhání. Sledujeme, jak v něm vznikají vady, jak se šíří, jak zanikají, jakým zákonitostem jsou podřízeny. Cílem je najít hořčíkový kompozitní materiál s co nejlepšími vlastnostmi,« vysvětluje profesorka Trojanová. Jako příklad velmi slibného materiálu může sloužit kompozit se základem ze slitiny označené AZ91 (hořčík s devíti procenty hliníku a jedním procentem zinku), vyztužené krátkými safilovými vlákny. Tato keramická vlákna, stejného chemického složení jako safír, mají průměr několik mikrometrů (tisícin milimetru) a délku několik desítek mikrometrů. Tvoří přibližně 10 až 20 procent celkového objemu. Na základě experimentálně zjištěných vlastností vědci vytvářejí teoretické modely, které umožňují předpovídat chování materiálů a navrhovat perspektivní kombinace. I v teoretické oblasti mají pražští vědci světově uznávané výsledky. Patří mezi ně například takzvaný Lukáčův-Balíkův vztah, popisující průběh deformace materiálu se zvyšujícím se napětím.

Méně žíznivé automobily

Technická univerzita v Clausthalu úzce spolupracuje s centrálou automobilky Volkswagen ve Wolfsburgu, odkud získává i finanční podporu. K české skupině se však zatím peníze od českého průmyslu příliš nedostávají. Zájem automobilového průmyslu o hořčíkové materiály není náhodný. S každým snížením hmotnosti vozu o sto kilogramů klesá spotřeba pohonných hmot přibližně o pět procent. Světoví výrobci si dali za cíl snížit hmotnost osobních automobilů o 25 procent do roku 2005, ve srovnání s rokem 1990. Snížení hmotnosti by spolu se snížením valivého a aerodynamického odporu a zvýšením účinnosti motoru mělo vytvořit automobily s průměrnou spotřebou paliva tři litry na sto kilometrů. Na moderní lehké materiály čeká i elektronika, spojová technika a mnoho dalších.