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
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

Жизнь зародилась не на Земле: все пять базовых единиц ДНК впервые обнаружены в стерильном образце астероида

Главная проблема изучения происхождения жизни всегда упиралась в парадокс ранней Земли. Согласно господствующей гипотезе «РНК-мира», первые шаги к биологической эволюции начались с молекул...

Как мозг формирует воспоминания: нейробиологи выяснили, что наш опыт дробится на миллисекунды

В нейробиологии всегда доминировало представление о памяти как о непрерывном процессе записи. Когда живой организм попадает в новую среду, сталкивается с угрозой и реагирует на нее, предполагалось,...

Где находится самый опасный пляж в мире: остров Сентинел и его жители, застывшие в каменном веке

Самый опасный пляж в представлении человека это обычно что-то, населенное убийственным количеством медуз, ядовитых растений или диких животных. Но в реальности он выглядит как воплощение рая на...

Злые маги или жертвы обстоятельств? Правда о некромантах

Некромантов часто считают вселенским злом, жаждущим захватить власть над миром, но это не является истиной. Скорее, это заблуждение глобального масштаба, вызванное единичными случаями.

Искристый и воздушный звук. Обзор наушников TRN Dolphin

Морская серия внутриканальных наушников от TRN пополнилась младшей, классической однодрайверной моделью с с 10мм драйвером. Предлагаю посмотреть на наушники поближе и узнать получилось ли у TRN...

Обзор кабеля Robiton P6W – что происходит на токах 0.5, 1 и 2 А

Иногда кабель кажется мелочью, пока не начинаешь разбираться, что именно он ограничивает. Я решил проверить Robiton P6W в разных режимах — от сопротивления до реальной передачи данных....