Искра из редкоземельных металлов: что такое ферроцерий и зачем он нужен

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

В горах, в лесу или даже во дворе — искра, высекаемая металлическим стержнем, способна быстро разжечь костёр.

Но секрет этой искры — вовсе не древний «кремень», а изобретение XX века: сплав редкоземельных металлов под названием ферроцерий.

Какими были первые зажигалки

Ранние устройства для получения пламени, которые можно было носить с собой, были созданы по образцу кремнёвых замков от огнестрельного оружия. Эти механические огнива работали по простому принципу: искра, высеченная при ударе кремня о сталь, воспламеняла трут. Они были портативны, но из-за своих немалых размеров не получили широкого распространения как предмет повседневного использования.

В 1823 году Иоганн Вольфганг Дёберейнер представил первую газовую зажигалку или «огниво Дёберейнера». Её работа основывалась на химическом процессе: водород, получаемый из кислоты, воспламенялся при контакте с платиной. Несмотря на то что использование едких веществ и взрывоопасного водорода создавало определённые риски, это устройство выпускалось до 1880 года.

В последующие годы, даже с появлением патента на зажигалку от компании Cartier в 1867 году, основной проблемой оставалась громоздкость классического огнива.

Появление компактных зажигалок стало возможным только в 1903 году.

Старинная механическая зажигалка с ударно-кремнёвым замком
Старинная механическая зажигалка с ударно-кремнёвым замком
Автор: Wolfgang Sauber Источник: en.wikipedia.org

Открытие ферроцерия

Ферроцерий изобрёл австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах в 1903 году. Тот самый учёный, который ранее подарил миру газовую лампу с калильной сеткой. Он первым догадался, что церий и его «соседи» по ряду лантаноидов при трении ведут себя необычно: высекание из них искр оказывается куда проще, чем из кремня или стали.

Изобретение быстро нашло применение: сначала в бытовых зажигалках, затем — в армейских приборах и, наконец, в туристическом снаряжении. С тех пор название «кремень для зажигалки» закрепилось за ферроцерием, хотя с настоящим кремнем он имеет мало общего.

Секрет ферроцерия

Название «ферроцерий» может сбить с толку: в таблице Менделеева такого элемента нет. Это сплав редкоземельных элементов лантаноидов, так называемый «мишметалл».

Секрет ферроцерия в его химической активности. Сплав, как следует из его названия, содержит церий, который является пирофорным элементом. Это означает, что он легко воспламеняется при контакте с воздухом, особенно когда находится в виде мелких частиц. В сплаве с железом и другими металлами, такими как лантан, неодим и празеодим, он образует материал, который при трении о стальное колёсико зажигалки отслаивает микроскопические частицы.

Эти частицы действительно имеют очень малую теплоёмкость и большую площадь поверхности по отношению к объёму, поэтому они мгновенно нагреваются до высокой температуры из-за трения. При достижении температуры воспламенения они моментально окисляются (горят) при контакте с кислородом из воздуха, создавая яркие и горячие искры, достаточные для поджигания фитиля или газа.

Автор: John Noonan Источник: unsplash.com

Где используется?

Сегодня ферроцерий используют:

  • в зажигалках (классические Zippo и их аналоги);
  • в туристических огнивах (firesteel) — компактных стержнях, выдающих сноп искр даже при намокании;
  • в пиротехнике, где нужны яркие вспышки;
  • в аварийных системах воспламенения, например, в спасательном оборудовании.

При этом состав сплава подбирают под задачу: для зажигалок нужен мягкий ферроцерий, который легко соскребается колесиком, а для туристических огнив — более твёрдый, дающий длинные и горячие искры.

Факты, о которых не все знают

Ферроцерий также широко используется в металлургии в качестве модификатора. Он позволяет значительно повысить прочность чугуна, делая его пригодным для производства деталей, которые обычно изготавливаются из стали. Например, если добавить в расплавленный чугун 400 грамм ферроцерия на каждые 100 килограмм металла, его прочность увеличится примерно в два раза.

Этот модифицированный высокопрочный чугун может стать заменой стальным деталям, так как он обходится на четверть дешевле, чем стальные отливки, и в 3-4 раза дешевле, чем стальные поковки. Кроме того, износостойкость чугунных деталей, таких как шейки валов, может быть в 2-3 раза выше, чем у их стальных аналогов.

Искра, изменившая огонь

Ферроцерий кажется мелочью — серым металлическим стержнем. Но именно он сделал огонь доступным «по щелчку пальцев» и улучшил возможность добывать огонь для миллионов людей: от курильщиков и туристов до военных.

Сегодня, когда учёные разрабатывают новые пиротехнические материалы и системы зажигания для космоса и энергетики, ферроцерий остаётся символом простого, но гениального решения. Ведь иногда именно маленькая искра запускает большие изменения.

Изображение в превью:
Автор: John Noonan
Источник: unsplash.com

6 комментариев

Добавить комментарий

m
газовую лампу с накаливающейся мантией
что это такое?
его прочность увеличится примерно в два раза.
какую именно? Прочность бывает сильно разная…
dimon-ru-80
Калильная сетка, газовая мантия или мантия Вельсбаха — осветительный прибор, в котором источником света служит сетка, содержащая оксиды редкоземельных металлов, нагреваемая горелкой. Чтоб проще читалось могу заменить на калильную сетку.
Касаемо прочности — в данном случае ферроцерий улучшает прочность на растяжение и изгиб, превращая пластинчатый графит в составе чугуна в шаровидный. Это делает чугун более стойким к разрывам и изгибам."
dimon-ru-80
снова глючит редактор комментариев…
112657446964720493423@google
Димон молодец, сам написал ) Ещё и с разъяснениями! До чего полностью нейроавосечные тутошние выс… псевдопопусы не опускаются ) И интересно, к тому же, плюсик поставил! )

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Kiwi Ears Stardust — нейтральные и музыкальные — обзор гибридных внутриканальных наушников 1DD+4BA

Компания Kiwi Ears уже не первый год славится своими гибридными моделями. Сегодня на обзоре относительно бюджетная гибридная модель Stardust, которая, тем не менее, имеет на борту четыре арматурных...

Заметки аудиофила: в чем магия современных CD-плееров

Сегодня, как и много лет назад, всё больше востребованы не только виниловые вертушки, но и стационарные, а также портативные CD-плееры. Почти все специализированные бренды уже выпустили или...

Ближайшая к Земле инопланетная жизнь безнадежно примитивна: расчеты биологов исключили появление развитых цивилизаций

Когда астрономы находят у далекой звезды землеподобную планету, главный интерес всегда вызывает ее возраст. Если планета находится в так называемой зоне обитаемости (на таком расстоянии от светила,...

Живем ли мы в симуляции? Если да, то законы физики доказывают: мы в ней подопытные, а не игроки

Гипотеза о том, что окружающий мир представляет собой искусственно созданную среду, давно вышла за рамки умозрительной философии. Развитие теоретической физики, квантовой механики и теории...

101 километр между Волгой и Доном: зачем СССР соединил две великие реки

Если посмотреть на карту возле Волгограда, замысел кажется почти очевидным. Волга и Дон подходят друг к другу так близко, будто человеку осталось провести между ними одну линию. По Волге можно...

Три экологические формы байкальского омуля: как калибровка жаберных тычинок разделила один вид

Анатомический подсчет выростов на первой жаберной дуге байкальского омуля (Coregonus migratorius) дает строго фиксированный разброс: от 36 до 55 шт. Если у выловленной рыбы зафиксировано менее 41...