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

Где прячется темная материя: найден новый способ обнаружить неизвестные бозоны без адронного коллайдера

Современная физика находится в поиске ответов на вопросы об устройстве Вселенной. Стандартная модель элементарных частиц прекрасно описывает видимую материю, но видимая материя составляет лишь...

Каково это — пережить армагеддон? Подробная хроника падения астероида, уничтожившего динозавров

Шестьдесят шесть миллионов лет назад на Земле завершился меловой период. Биосфера планеты находилась в стабильном состоянии. Глобальная средняя температура держалась на отметке около 26 градусов...

Почему пилоты недолюбливали Boeing B-17: история «Летающей крепости»

Boeing B-17 Flying Fortress (Летающая крепость) стал одним из наиболее известных тяжелых бомбардировщиков Второй мировой войны. В техническом смысле самолет был эффективным инструментом для дальних...

Зачем армия США пыталась заменить лошадей верблюдами в Техасе и что из этого вышло

В середине XIX века американские военные столкнулись с логистическим кризисом при освоении территорий Юго-Запада. Лошади и мулы, традиционно использовавшиеся для транспортировки грузов,...

Как операция «Кошачий десант» исправила экологическую ошибку ВОЗ на Борнео

В истории системного анализа и экологии одним из наиболее часто цитируемых примеров непредвиденных последствий вмешательства в замкнутую систему остается Операция «Кошачий десант». В начале 1950-х...

Почему в уединенных монастырях Метеорах на скалах забыли, что такое покой

Метеоры это отвесные скалы в Греции, на вершине которых монахи построили православные монастыри в поисках покоя. И на протяжении веков такой подход работал. Ниже я расскажу, почему сейчас искать...