Стало быть, можно считать, что на Марсе и на Луне "алюминиевая проблема" решена. А как обстоит дело на Земле? Что ж, пожалуй, и здесь все благополучно. Хотя на нашей планете нет пока машин, подобных марсианским, и на ее поверхности алюминий не валяется тоннами, все же землянам жаловаться грех: природа щедро позаботилась о том, чтобы люди не испытывали нужды в этом чудесном металле. По содержанию в земной коре алюминий уступает лишь кислороду и кремнию, значительно превосходя все металлы.
Природа богата, но человек должен быть бережливым хозяином ее даров. Существует немало проектов и уже действующих установок по извлечению ценных компонентов из отходов, поступающих на городские свалки. В установках, в частности, предусмотрено оригинальное электромагнитное устройство для "добычи" из мусора алюминия. Но ведь магнитное поле не действует на алюминий? Как же с его помощью удается извлечь этот металл? Оказывается, если возбудить в алюминиевом предмете переменный ток, перемещая его в соответствующем электрическом поле, то металл на какое-то время намагничивается. В этом состоянии он и попадает в "руки" магнитов.
Итак, алюминиевым сырьем мы обеспечены. Создать же оригинальные агрегаты, усовершенствовать способы получения "крылатого металла", найти ему новые области применения — это забота инженеров и ученых.
Сын земли
Ракета застывает в небе. — "Меняли ли вы фамилию?" — В честь сыновей Геи. — Титаническая задача. — Ошибка за ошибкой. — Широкий резонанс. — Ложка дегтя. — Ирония здесь неуместна. — Освобождение из плена. — "Черная птица". — Вот это выдержка! — Гребцы меняют лодки. — Парадокс? — На папирусном судне "Ра". — Нелепая точка зрения. — Тысячу лет спустя. — В океанских пучинах. — Третий шпиль Северной Пальмиры. — Акрополь закрыт на ремонт. — Порок излечим. — Вот так редкий! — Немного фантастики. — Рудник в Море Спокойствия. — В объятиях кислорода. — Тяжелые испытания.
18 августа 1964 года в предрассветный час на проспекте Мира в Москве стартовала космическая ракета. Этому звездному кораблю не суждено было достичь Луны или Венеры, однако судьба, уготованная ему, не менее почетна: навеки застыв в московском небе, серебристый обелиск должен пронести через столетия память о первом пути, проложенном советским человеком в космическом пространстве.
Авторы проекта долго не могли выбрать облицовочный материал для этого величественного монумента. Сначала обелиск запроектировали в стекле, потом в пластмассе, затем в нержавеющей стали. Но все эти варианты были забракованы самими авторами. После долгих раздумий и экспериментов решено было остановиться на отполированных до блеска титановых листах.
Почему же именно на титан была возложена столь почетная миссия — рассказать потомкам о подвиге наших современников?
Титан не случайно называют вечным материалом. Но прежде, чем говорить о свойствах, познакомимся с биографией этого металла.
Если бы титану пришлось заполнять анкету, то в графе "Меняли ли Вы фамилию?" он вынужден был бы указать, что до 1795 года назывался "менакином". Такое название дал этому элементу открывший его в 1791 году английский священник Уильям Грегор, в свободное от работы время с увлечением занимавшийся минералогией и химией. Вблизи своего прихода в местечке Менакан в Корнуолле он набрел как-то на незнакомый минерал в виде темного крупного песка. В нем-то и был обнаружен им неизвестный ранее элемент. Грегор окрестил минерал менаканитом, а новый элемент — менакином.
Но, видимо, это имя пришлось элементу не по вкусу и при первой же возможности (а она представилась в 1795 году, когда немецкий химик Мартин Клапрот вторично открыл элемент — на этот раз в минерале рутиле), он сменил его на красивое, ко многому обязывающее имя "титан". Титанами в древнегреческой мифологии звали сыновей Геи — богини Земли.
Спустя два года выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, за которым с тех пор и утвердилось гордое название — титан.
Открыть элемент — это еще не значит выделить его в чистом виде. И Грегору, и Клапроту удалось получить только химическое соединение титана с кислородом — белый кристаллический порошок оксида титана. Выделение титана из его соединений оказалось поистине титанической задачей. Решить ее пытались многие известные химики прошлого века, но всех их ждала неудача.
Одно время казалось, что поиски английского ученого Волластона увенчались успехом. Исследуя в 1823 году кристаллы, обнаруженные в металлургических шлаках, он пришел к заключению, что кристаллическое вещество — не что иное, как чистый титан. Спустя 33 года немецкий химик Вёлер установил, что эти кристаллы представляют собой соединение титана с азотом и углеродом, а отнюдь не свободный титан, как ошибочно считал Волластон.
Много лет полагали, что впервые металлический титан был получен в 1825 году знаменитым шведским ученым Берцелиусом при восстановлении фтортитаната калия металлическим натрием. Но сегодня, сравнивая свойства титана и продукта, полученного Берцелиусом, можно утверждать, что непременный секретарь Королевской шведской Академии наук ошибался, ибо чистый титан быстро растворяется в плавиковой кислоте (в отличие от многих других кислот), а титан Берцелиуса успешно сопротивлялся ее действию.
Лишь в 1875 году русский ученый Д.К. Кириллов сумел получить металлический титан. Результаты этих работ Д.К. Кириллов опубликовал в брошюре "Исследования над титаном". Но в условиях царской России этот важный труд никого не заинтересовал и поэтому остался незамеченным.
В 1887 году довольно чистый продукт — около 95 % титана — получили соотечественники Берцелиуса Нильсон и Петерсон, восстанавливавшие тетрахлорид титана металлическим натрием в стальной герметичной бомбе.
Следующий шаг на пути к чистому титану сделал в 1895 году французский химик Муассан, который восстанавливал оксид титана углеродом в дуговой печи и затем подвергал полученный металл двухкратному рафинированию. Его титан содержал всего 2 % примесей.
Наконец, в 1910 году американский химик Хантер, усовершенствовав способ Нильсона и Петерсона, сумел получить несколько граммов сравнительно чистого титана. Это событие вызвало широкий резонанс в различных странах. Именно поэтому многие до сих пор ошибочно приписывают Хантеру, а не его предшественникам приоритет выделения титана в чистом виде.
Итак, чистый титан был получен. Но чистым он мог считаться с большой натяжкой, так как все же содержал несколько десятых долей процента примесей. Всего несколько десятых… Но ложка дегтя портит бочку меда. Примеси делали титан хрупким, непрочным, не поддающимся механической обработке. О нем пошла дурная слава как о бесполезном металле, не пригодном ни для каких целей. Разумеется, с такой характеристикой титан не мог и мечтать об ответственной работе. Приходилось довольствоваться второстепенными ролями
Еще в 1908 году Розе и Бартран в США, а Фаруп в Норвегии предложили изготовлять белила не из соединений свинца или цинка, как делалось прежде, а из оксида титана. Такими белилами можно окрасить в несколько раз большую поверхность, чем тем же количеством свинцовых или цинковых белил. К тому же титановые белила не ядовиты (бич свинцовых белил), поскольку оксид титана безвреден для человеческого организма. Медицине известен случай, когда некий гражданин "принял" за один раз почти полкилограмма этого вещества без каких-либо печальных последствий.
Со временем оксид титана стали применять при окрашивании кож, тканей, в производстве стекла, фарфора, эмали, для изготовления искусственных бриллиантов.
Нашлась работа и для другого титанового соединения — уже упоминавшегося тетрахлорида титана, впервые полученного французским химиком Дюма еще в 1826 году. Способность этого соединения интенсивно образовывать маскирующие дымовые завесы широко использовалась в период первой мировой войны. В мирные же годы оно служит для окуривания растений во время весенних заморозков.
Но титан, как мы увидим далее, вправе был претендовать на более серьезную и интересную работу.
И вот, наконец, в 1925 году голландские ученые ван Аркель и де Бур разложением тетрахлорида титана на раскаленной вольфрамовой проволоке получили титан очень высокой чистоты. Вот тогда-то оказалось, что бытовавшее представление о хрупкости титана не выдерживает никакой критики, поскольку металл, полученный ван Аркелем и де Буром, обладал очень высокой пластичностью: его можно было ковать на холоде, как железо, прокатывать в листы, ленту, проволоку и даже тончайшую фольгу.
Теперь гордое имя, которое носил элемент, никому уже не казалось, как прежде, иронией судьбы — перед ним открылась широкая дорога в мир техники.
Словно в благодарность за освобождение из плена примесей титан начал изумлять ученых своими чудесными свойствами. Выяснилось, например, что титан, который почти вдвое легче железа, оказался прочнее многих сталей. По удельной прочности титан не имеет соперников среди промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил ряд позиций титану, который всего в полтора раза тяжелее алюминия, но зато в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет свою прочность при высоких температурах (до 500 °C, а при добавке легирующих элементов — до 650 °C), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300 °C.
Титан — очень твердый металл: он намного тверже алюминия, меди и даже железа. Чем выше предел текучести металла, тем увереннее детали из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в пять раз выше, чем у алюминия, и почти в три раза — чем у железа.
Неудивительно, что когда перед авиаконструкторами встал вопрос, какому металлу доверить преодоление звукового барьера, выбор пал на титан. Еще в 60-х годах в зарубежной печати появилось сообщение о создании в США сверхзвукового реактивного самолета "Черная птица", развивающего скорость более 3200 километров в час. Корпус этой машины был изготовлен из титана. С тех пор позиции титана в авиастроении заметно окрепли: из его сплавов изготовляют наружные части самолетов (мотогондолы, элероны, рули поворота) и многие другие узлы и детали — от двигателя до болтов и гаек. Благодаря титану самолеты становятся легче, а значит, возрастает их грузоподъемность. Так, только в результате замены стальных болтов двигателя титановыми в одном из типов истребителя масса двигателя снижает