Оглянись вокруг себя. Стекло и металл современных зданий; автомашины, мотоциклы, мотороллеры, бегущие по шоссе; тракторы и комбайны, работающие в поле; умные и точные приборы научных лабораторий; стрелой поднимающийся в небо самолет; океанский лайнер, бороздящий неоглядную гладь синих просторов; молоток, сверло, отвертка, которыми ты работаешь — везде металл.
Металл используется всюду. И, думается, правы те ученые металлурги и металловеды, что утверждают: не будет ошибкой наш космический, атомный, кибернетический и так далее век называть по–прежнему железным веком. И аргументируют они свое несколько парадоксальное заявление веско: стали и чугуна, оказывается, производится сейчас во много раз больше, чем остальных конструкционных материалов.
Железный век. Эти слова уводят нас в далекое–далекое прошлое, в те давние — почти фантастические — времена, когда народы Египта, Месопотамии, Китая за 3–4 тысячи лет до нашей эры проводили гигантские строительные работы, направленные на овладение силой рек, чтобы заставить воду орошать поля. Для тех работ требовалось много различных орудий. Нужны были кирки, мотыги, плуги. Нужно было и военное оружие, копья, мечи – для защиты от врагов. И эти орудия, и оружие должно было быть надежным, прочным.
К тому времени люди уже умели обрабатывать золото, медь, олово. Но меди и олова — металлов «рабочих» — добывалось недостаточно. Поэтому требовался металл, более распространенный в природе.
Трудным и длинным был путь человека к железу. В те давние времена нелегко было догадаться, что столь нужный людям металл, удобный в обработке и широко распространенный, прячется в рудах, совершенно на металл не похожих. Даже через многие столетия после открытия железа, когда из него уже изготовляли и орудия труда, и орудия войны, древнегреческий философ Аристотель описывал несколько способов получения железа из «земель», в которых оно содержится.
Ученые предполагают, что скорее всего первые сведения о железе древних жителей земли связаны с находками метеоритов. А сравнивая ржавеющее железо метеоритов со ржавением непонятного вещества, содержащегося в некоторых «землях», нашли способы выплавки железа.
Так или иначе, но исторические документы говорят, что железо получали и обрабатывали за тысячелетие до нашей эры жители Ассирии, Индии, Урарту. В седьмом веке до нашей эры земледельцы Причерноморья и Поднепровья также умели добывать и обрабатывать железо. Из него делали ножи, мечи, наконечники для стрел и копий, различные предметы домашнего обихода, орудия труда.
В XX веке у железа, как и у других металлов, началась новая, удивительная жизнь. И дело не в том, что современные сплавы не похожи на своего «прародителя» — спекшуюся массу зернистого железа, полученного из железной руды. Ученые металлурги утверждают, что современные стали — это даже не сталь прошлого века. Сейчас время диктует металлам свои требования.
Конструкторы хотят получить металлы разные, соответствующие разным целям. Нужны и сверхпрочные металлы — без них невозможны ни сверхзвуковые самолеты, ни даже автомобили. Необходимы и сверх тугоплавкие металлы, способные выдерживать температуры свыше 3 тысяч градусов и холод космического пространства. Требуются и металлы, которые не боятся ни сильных кислот, ни щелочей.
И ученые получают такие металлы. Как они это делают?
В результате долгой и кропотливой работы ученые пришли к выводу: свойства многих металлических сплавов можно улучшить добавлением очень небольшого количества редких и редкоземельных металлов. Всего несколько сот граммов на тонну сплава — и обычная сталь становится необычной. Хрупкая уже при морозе 40—50 градусов, сталь быстро становится непригодной для работы в таких погодных условиях: стальные механизмы и машины очень часто ломаются. Но стали с добавкой металла рения не страшатся температур даже Антарктики. А не так давно ученым удалось получить из сплавов рения тонкие металлические нити, превосходящие по прочности все аналогичные металлы.
Второе направление в металлургии и металловедении обратно первому. Если в сплавах все «мешают», то здесь идет борьба за абсолютную чистоту металлов. Эта борьба вызвана к жизни удивительной способностью любого элемента резко менять свои свойства, если в нем содержатся примеси. Даже одна миллионная — иногда одна миллиардная — доля процента примеси изменяет свойства элемента. Именно поэтому сверхчистые металлы, обнаруживая перед человеком свое «истинное лицо», открывают удивительные возможности. Например, для атомных реакторов пригоден лишь уран очень высокой чистоты. Если в уране остается ничтожная примесь другого металла — гафния — ценная реакция не осуществится из-за того, что гафний поглощает нейтроны, которые должны были бы вызывать деление ядер урана.
Металлы высокой чистоты нужны для получения полупроводников, монокристаллов, столь необходимых современной промышленности и технике.
Но здесь возникает труднейшая проблема. Дело в том, что чистые металлы способны загрязняться даже воздухом. Получать поэтому их необыкновенно трудно и дорого, из–за того, что нужен вакуум, только в вакууме возможно получить высокую чистоту. А ученые уже знают, что цена вакуума, а следовательно и цена чистоты, в условиях Земли поистине чудовищна. Например, заводы полупроводников и монокристаллов нередко строятся под землей. Заводы эти полностью изолированы от внешней среды. Туда поступает очищенный воздух, люди работают в костюмах, похожих на скафандры космонавтов.
Поэтому не случайно мнение ученых, что в недалеком будущем некоторые химически активные редкие металлы начнут получать и обрабатывать в вакууме космического пространства — на Луне или внеземной станции. Возможно, на Луне найдут и сырье для выплавки металлов. А если таких полезных ископаемых не окажется, то придется возить туда руду с Земли, построить металлургический комбинат и завод, вырабатывающий электровакуумные приборы и другие изделия, для которых требуется вакуум.
Есть и еще одна важная и сложная проблема у металлургов: найти наилучшие способы получения металлов так, чтобы не было отходов. Наиболее рациональным видится ученым такое направление, когда проблема добычи, переработка металлов и получения из них готовых продуктов будет решаться комплексно. Например, открыли новое месторождение руды. Здесь закладывается рудник. Возле него строят металлургический комбинат, он же — химический завод, он же — энергетическая станция. Все отходы производства, в том числе и дым, используются для производства.
