Елемент берилій

Багато хто з хімічних елементів прийшов у життя людини лише після тривалих пошуків та експериментів учених-хіміків. Одним із таких популярних у сучасній техніці елементів є берилій. "Як так!?" - Вигукнете ви. І справді, основні мінерали берилію – берил – вже багато тисячоліть супроводжують людину у вигляді дорогоцінного каміння. Причому, великі смарагди не набагато дешевші від знаменитих діамантів. Однак перші письмові згадки про оксид невідомого металу у складі берилів знайдені у французького хіміка Л.-Н. Воклена та датуються вони 1798 роком. Як виявилося, виділити чистий метал було дуже непросто - минуло ще сто років, поки в 1898 нарешті був отриманий порівняно чистий метал.

І тут виявилося, що берилій володіє унікальними технічними властивостями. Він міцніший за сталь майже в 3 рази, алюмінію – в 9 разів, має високу жаростійкість, поступаючись лише небагатьом металам у цій властивості. А про питому жорсткість берилію і говорити нема чого. Для всіх відомих людині матеріалів - дерева, бетону, сталі, титану та інших металів і сплавів - питома жорсткість знаходиться в межах 10-27 одиниць, а берилій має величину 167(!) одиниць, що в середньому в 9 разів вище, ніж у інших матеріалів. Додамо сюди, що берилій корозійно стійкий, має високу теплопровідність і теплостійкість.

Перше технічне застосування берилій знайшов у складі берилієвої бронзи (1-5% берилію) у 20-ті роки минулого століття. Вона йшла виготовлення пружин, ресор, амортизаторів. Крім цього, інструменти з берилієвої бронзи використовувалися (і використовуються) у вибухонебезпечних технологіях та роботах, оскільки при ударах вони не утворюють іскор. Головна складність застосування таких бронз раніше – токсичність і низька пластичність при обробці, висока ціна.

Сьогодні сплави на основі берилію впевнено впроваджуються у виробництво літальних апаратів. Це і елементи обшивки, і лонжерони, і гальмівні диски, і корпуси відсіків приладів, і деталі гіроскопічних пристроїв. Наприклад, заміна стали бериллієм у таких деталях, як гальмівні диски великих літаків, знижує масу більш ніж на 500 кг та зменшує нагрівання дисків більш ніж удвічі завдяки вищій теплопровідності берилію порівняно зі сталлю. Заміна кріпильних деталей з титану на берилієві при однаковій міцності дозволяє знизити їхню масу на половину, а заміна диска газової турбіни – на 60%.

Але не тільки в літальних апаратах берилій знаходить своє застосування. Візьмемо таку деталь як ресора автомобіля. Звичайні ресори виготовляються з вуглецевої сталі витримують до 800-900 тисяч циклів навантаження-розвантаження. Після цього вони виходять з ладу внаслідок механічної втоми або потребують заміни. Якщо цю ж у цю сталь легуватиме до 10% берилію, то ресори вже витримуватимуть до 15 млн. циклів, тобто працюватимуть у 15 разів довше!

Ще одна сфера застосування берилію – ядерна техніка. Він зберігає жорсткість конструкції, нейтральний до ядерного пального, підвищує густину нейтронного потоку на 10-15% за рахунок виділення нейтронів при опроміненні. Крім того, мала густина берилію дозволяє зменшити масу реактора.

Берилій знаходить своє застосування не тільки в металічних сплавах, а й у вигляді інших сполук. Наприклад, оксид та карбід берилію виявилися основою для створення тепло-, звуко- та електроізоляційних матеріалів. Папір на основі волокон з таких сполук – найкращий звукоізоляційний матеріал та утеплювач для обплетення кабелів, що працюють при високих температурах.

Чи можливі ще нові сфери застосування такого незвичайного металу, як берилій? Відповідь однозначна – так! Адже людина використовує лише незначний потенціал берилію, а властивості його сплавів і сьогодні до кінця не з'ясовані.