What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

מה היא זכוכית מטאלית? - אשוויני בהרת'ולה

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

Steel and plastic.

פלדה ופלסטיק.

These two materials are essential to so much of our infrastructure and technology,

שני החומרים האלה חיוניים לכל כך הרבה מהתשתית והטכנולוגיה שלו,

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

ויש להם סט משלים של חוזקות וחולשות.

Steel is strong and hard,

פלדה היא חזקה וקשה,

but difficult to shape intricately.

אבל קשה לעיצוב בצורות עדינות.

While plastic can take on just about any form,

ובעוד פלסטיק יכול לקחת כל צורה,

it's weak and soft.

הוא חלש ורך.

So wouldn't it be nice if there were one material

אז האם זה לא היה נחמד אם היה חומר אחד

as strong as the strongest steel

חזק כמו הפלדה החזקה ביותר

and as shapeable as plastic?

וניתן לעיצוב כמו פלסטיק?

Well, a lot of scientists and technologists

ובכן, הרבה מדענים וטכנולוגים

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

מתרגשים בנוגע להמצאה די חדשה שנקראת זכוכית מתכתית

with both of those properties, and more.

עם כל התכונות האלו ויותר.

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

זכוכיות מתכתיות נראות בוהקות ועמומות, כמו מתכות,

and also like metals, they conduct heat and electricity.

וגם כמו מתכות, הן מוליכות חום וחשמל.

But they're way stronger than most metals,

אבל הן חזקות יותר מרוב המתכות,

which means they can withstand a lot of force

מה שאומר שהן יכולות לעמות בהרבה כוח

without getting bent or dented,

בלי להתכופף או להתעקם,

making ultrasharp scalpels,

מה שיוצר להבים אולטרה חדים,

and ultrastrong electronics cases,

וקופסאות אלקטרוניקה אולטרה חזקות,

hinges,

צירים,

screws;

ברגים;

the list goes on.

הרשימה ממשיכה.

Metallic glasses also have an incredible ability

לזכוכיות מתכתיות יש גם יכולת מדהימה

to store and release elastic energy,

לאגור ולשחרר אנרגיה אלסטית,

which makes them perfect for sports equipment,

מה שהופך אותן למושלמות לציוד ספורט,

like tennis racquets,

כמו מחבטי טניס,

golf clubs,

מוטות גולף,

and skis.

וסקי.

They're resistant to corrosion,

הן עמידות לקורוזיה,

and can be cast into complex shapes with mirror-like surfaces

ואפשר לצקת אותן בצורות מורכבות עם משטחים דמויי מראה

in a single molding step.

בשלב יציקה יחיד.

Despite their strength at room temperature,

למרות החוזק שלהן בטמפרטורת חדר,

if you go up a few hundred degrees Celsius,

אם אתם עולים כמה מאות מעלות,

they soften significantly,

הן מתרככות משמעותית,

and can be deformed into any shape you like.

וניתנות לשינוי לכל צורה שתרצו.

Cool them back down,

קררו אותן חזרה,

and they regain the strength.

והכוח שלהן חוזר.

So where do all of these wondrous attributes come from?

אז מהיכן כל התכונות המופלאות האלו מגיעות?

In essence, they have to do with metallic glass' unique atomic structure.

בעיקרון, הן מגיעות מהמבנה האטומי היחודי של הזכוכית המתכתית.

Most metals are crystalline as solids.

רוב המתכות הן גבישיות כמוצקים.

That means that if you zoomed in close enough to see the individual atoms,

זה אומר שאם תעשו זום מספיק כדי לראות אטומים בודדים,

they'd be neatly lined up in an orderly, repeating pattern

הם יהיו מיושרים יפה בתבנית חוזרת ומסודרת

that extends throughout the whole material.

שמתמשכת לכל אורך ורוחב החומר.

Ice is crystalline,

קרח הוא גבישי,

and so are diamonds,

וכך גם יהלומים,

and salt.

ומלח.

If you heat these materials up enough and melt them,

אם אתם מחממים את החומרים האלו מספיק וממיסים אותם,

the atoms can jiggle freely and move randomly,

האטומים יכולים לנוע בחופשיות ואקראית,

but when you cool them back down,

אבל כשאתם מקררים אותם חזרה,

the atoms reorganize themselves,

האטומים מארגנים את עצמם מחדש,

reestablishing the crystal.

ויוצרים חזרה גביש.

But what if you could cool a molten metal so fast

אבל הם אם תוכלו לקרר מתכת מותכת מהר מספיק

that the atoms couldn't find their places again,

שהאטומים לא יוכלו למצוא את מקומם שוב,

so that the material was solid,

כך שהחומר היה מוצק,

but with the chaotic, amorphous internal structure of a liquid?

אבל עם מבנה פנימי כאוטי, אמורפי של נוזל?

That's metallic glass.

זו זכוכית מתכתית.

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

למבנה הזה יש את התועלת המוספת שאין לו את הקצוות המגורענים

that most metals have.

שלרוב המתכות יש.

Those are weak spots where the material is more susceptible to scratches

אלה נקודות חלשות בהן החומר רגיש יותר לשריטות

or corrosion.

או קורוזיה.

The first metallic glass was made in 1960 from gold and silicon.

הזכוכית המתכתית הראשונה נוצרה ב 1960 מזהב וסיליקון.

It wasn't easy to make.

זה לא היתה קלה ליצור.

Because metal atoms crystallize so rapidly,

בגלל שאטומים מתכתיים מתגבשים כל כך מהר,

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

מדענים היו צריכים לקרר את המתכת ממש מהר,

a million degrees Kelvin per second,

מליון מעלות קלווין בשניה,

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

על ידי יריית טיפות זעירות על לוחות נחושת קרים,

or spinning ultrathin ribbons.

או סרטים אולטרה דקים מסתובבים.

At that time, metallic glasses could only be tens or hundreds of microns thick,

באותו זמן, זכוכיות מתכתיות יכלו להיות בעובי של עשרות או מאות מיקרונים בלבד,

which was too thin for most practical applications.

מה שהיה דק מדי לרוב השימושים הפרקטיים.

But since then, scientists have figured out

אבל מאז, מדענים הבינו

that if you blend several metals that mix with each other freely,

שאם הם יערבבו מספר מתכות שמתערבבות אחת בשניה בחופשיות,

but can't easily crystallize together,

אבל לא יכולות להתגבש יחד בקלות,

usually because they have very different atomic sizes,

בדרך כלל בגלל שיש להן גודל אטומי מאוד שונה,

the mixture crystallizes much more slowly.

התערובות מתגבשות הרבה יותר לאט.

That means you don't have to cool it down as fast,

זה אומר שאתם לא צריכים לקרר אותן כל כך מהר,

so the material can be thicker,

כך שהחומר יכול להיות עבה יותר,

centimeters instead of micrometers.

סנטימטרים במקום מיקרומטרים.

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

החומרים האלו נקראים זכוכיות מתכתיות בנפח גדול או BMG.

Now there are hundreds of different BMGs,

עכשיו יש מאות BMG שונות,

so why aren't all of our bridges and cars made out of them?

אז למה כל הגשרים והמכוניות שלנו לא עשויים מהן?

Many of the BMGs currently available are made from expensive metals,

הרבה מה BMG שזמינים כרגע עשויות ממתכות יקרות,

like palladium and zirconium,

כמו פלדיום וזיקרוניום,

and they have to be really pure

והם צריכים להיות ממש טהורות

because any impurities can cause crystallization.

בגלל שכל זיהום יכול לגרום להתגבשות.

So a BMG skyscraper or space shuttle would be astronomically expensive.

אז גורד שחקים מ BMG או מעבורת חלל היו יקרים אסטרונומית.

And despite their strength,

ולמרות הכוח שלהן,

they're not yet tough enough for load-bearing applications.

הן עדיין לא חזקות מספיק למטרות נושאות עומס.

When the stresses get high, they can fracture without warning,

כשהלחצים גדלים, הן יכולות להסדק בלי אזהרה,

which isn't ideal for, say, a bridge.

מה שלא אידיאלי נגיד, לגשר.

But when engineers figure out how to make BMGs from cheaper metals,

אבל כשמהנדסים יבינו איך ליצור BMG מחומרים זולים יותר,

and how to make them even tougher,

ואיך לעשות אותם אפילו חזקים יותר,

for these super materials,

לסופר חומרים האלו,

the sky's the limit.

השמיים הם הגבול.