Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

• Название: Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация
• Автор: Марк Медовник
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-17-089787-2

Профессор Лондонского университета Марк Медовник сделал почти невозможную вещь – написал не только доступную, но и остроумную книгу о самых разных материалах – своего рода «Занимательное материаловедение». Рассказ о новых химических соединениях, вдумчивый сравнительный анализ винных бокалов, сталь самурайских мечей, композитные материалы для трансплантации, бетонные конструкции суперсовременных аэропортов – обо всем этом автор пишет с блеском и глубоким знанием предмета. Книга «Из чего это сделано» – превосходный образец популярной науки высочайшего уровня, настоящая находка для любознательного читателя.

---

Загадка стали давала пищу для всевозможных поверий. Самое стойкое из них рассказывает на языке символов об объединении Британии и водворении в ней законного порядка после ухода римлян. Я имею в виду легендарный меч короля Артура – Экскалибур, которому приписывали волшебную силу. В сознании людей он ассоциировался с законным суверенитетом страны.

Легко понять, почему во времена хлипких мечей и почти беззащитных рыцарей добротная сталь в руках сильного воина означала победу цивилизации над хаосом. И так как выплавка стали превратилась в ритуал, полагали, что магия имеет к ней прямое отношение.

Особенно ярко это видно на примере Японии. Ковка самурайского меча занимала несколько недель и была частью религиозной церемонии. Амэ-но муракумо-но цуруги («небесный меч из кучевых облаков») – легендарное японское оружие, которым великий воин Ямато Такеру подчинил ветер и наголову разбил всех своих врагов. За всеми фантастическими историями и ритуалами стоит вполне здравая идея: бывают мечи в десятки раз тверже и острее прочих. К XV веку оружейная сталь, которую самураи ковали собственноручно, была лучшей в мире. Она держала первенство еще пять веков, пока в XX веке не появилась наука металлургия.

Самурайские мечи ковали из особого сорта стали тамахаганэ, это слово означает «алмазная сталь». Ее и сейчас получают из железной руды (или магнитного железняка, когда-то из него делали компасы), которая входит в состав черного вулканического тихоокеанского песка. Сталь выплавляют в огромном глиняном сосуде татара высотой и шириной более метра и длиной более трех с половиной метров, в котором сначала разжигают огонь (чтобы затвердела глина), а затем методично заполняют эту керамическую печку слоями черного песка и древесного угля. Процесс занимает около недели и требует неусыпного контроля: бригада из четырех-пяти человек следит, чтобы не падала температура, и раздувает пламя ручными мехами. В конце концов татару раскалывают, из пепла и остатков песка и угля вынимают слитки стали тамахаганэ. Эти комья обесцвеченного металла довольно невзрачны, но есть в них кое-что особенное, а именно разное содержание углерода – от очень низкого до очень высокого. Настоящий самурай умел отличить твердую, но хрупкую высокоуглеродистую сталь от крепкой, но сравнительно мягкой низкоуглеродистой стали на глаз, на ощупь и на слух (по звуку от удара). Слитки сортировали. Для средней части меча подходила только низкоуглеродистая сталь, которая придавала клинку невероятную крепость – он не ломался в бою. По краям меча наваривали высокоуглеродистую сталь, хрупкую, но очень твердую, пригодную для острейшей заточки. Мастера убивали сразу двух зайцев: обложив прочную низкоуглеродистую сталь высокоуглеродистой, получали мечи, способные выдерживать удары других мечей и на лету рубить головы врагам. В это было невозможно поверить.

Пока не началась Промышленная революция, никому не удавалось получить сталь прочнее и тверже самурайской. А когда это время наступило и в Европе началась большая стройка, для возведения железных дорог и мостов уже использовали чугун – его можно было производить в огромных количествах и разливать в формы. К сожалению, при определенных условиях он ломался и крошился. И эти условия возникали тем чаще, чем смелее была инженерная мысль.

Одна из самых страшных катастроф случилась в Шотландии в ночь на 29 декабря 1879 года. Чугунный железнодорожный мост через реку Тэй – самый длинный мост в мире – рухнул под порывом зимнего штормового ветра. Поезд с семьюдесятью пятью пассажирами упал в воду, унося жизни всех, кто в нем находился. Трагедия подтвердила догадки скептиков: чугун не годился для больших инженерных сооружений. Была необходима самурайская сталь, но только массового производства.

В один прекрасный день на заседании Британской ассоциации по распространению научных знаний некий инженер из Шеффилда объявил, что знает, как сделать такую сталь. Это был Генри Бессемер. Производство стали по методу Бессемера не требовало кропотливого труда самураев, однако давало тонны жидкой стали. Это была настоящая технологическая революция.

Так называемый бессемеровский процесс был гениально прост. В результате вдувания воздуха в расплавленное железо кислород вступал в реакцию с углеродом и вытеснял его в виде углекислого газа. Здесь инженеру пригодилось знание химии – производство стали было впервые поставлено на научные рельсы. Реакция между кислородом и углеродом была неожиданно мощной, так что выделялось огромное количество тепла, которое повышало температуру стали и поддерживало ее в жидком состоянии. Процесс был достаточно прост, чтобы внедрить его в промышленных масштабах.

Единственная проблема заключалась в том, что бессемеровский процесс не работал. Во всяком случае, так говорили те, кто пытался осуществить его на практике. Разгневанные фабриканты требовали вернуть им деньги. Незадолго до этого они купили у Бессемера лицензию и вложили немалые средства в оборудование, а в итоге получили хрупкое железо. Бессемер не знал, что им ответить. Он просто не мог взять в толк, почему успех был столь переменчив, и продолжал совершенствовать технологию.

Помог металлург Роберт Форестер Машет. Он предложил сначала удалять весь углерод из железа, а потом добавлять ровно один процент. Прежде, наоборот, содержание углерода снижали до одного процента, что с трудом удавалось, поскольку сталелитейные компании брали железо из разных источников. Метод сработал, и процесс плавки стал давать устойчивый результат.

Разумеется, когда Бессемер попытался заинтересовать мир новым, усовершенствованным процессом получения стали, его поначалу не слушали, полагая, что имеют дело с очередным обманом. Люди были твердо убеждены в том, что из жидкого железа нельзя получить сталь и что Бессемер самый настоящий мошенник. В итоге ему ничего не оставалось, как открыть собственный сталелитейный завод и начать производство качественной стали. Спустя несколько лет фирма «Генри Бессемер и компания» выплавляла сталь в таких объемах и по такой низкой стоимости, что Бессемер купил наконец лицензию и озолотился. Начался век машин.

Мог ли Брайан оказаться вторым Генри Бессемером? Что, если он набрел на открытие? И пусть Брайан не понимал его сути, а вдруг электрическое или магнитное поле действительно меняет структуру кристаллов на кромке бритвы? Сначала мы смеемся над мечтателями, а после краснеем от стыда – сколько уже было таких историй. Мало кто верил, что можно создать летающие аппараты тяжелее воздуха, а теперь все мы летаем самолетами. Появление телевизоров, мобильных телефонов, компьютеров сопровождалось насмешками и недоверием.

До XX века стальные лезвия и хирургические ножи были весьма дороги. Их делали вручную из высококачественной стали – она одна обеспечивала такую острую заточку, что можно было без усилий гладко сбривать на лице ненужные волосы. (Всякий, кто хоть раз пользовался тупым лезвием, слишком хорошо знает, какую острую боль причиняет малейшая заминка.) Поскольку от воды и воздуха сталь ржавеет, чистка лезвий притупляет их – влага буквально разъедает тонкий режущий край. По этой причине столетиями бритье начиналось с правки бритвы: лезвие точили, водя им взад-вперед по специальному кожаному ремню. Возможно, вы сочтете, что кожа чересчур мягкий материал для этого, и будете совершенно правы. Заточку производит мелкая керамическая пудра, которой обрабатывают ремень: раньше использовали крокус (оксид железа), но в наши дни в основном применяют алмазный порошок. Если водить стальным лезвием по такому ремню, чрезвычайно твердые алмазные песчинки будут стачивать крошечные частицы металла, выравнивая тончайшую режущую кромку.

Все изменилось, когда американский бизнесмен по имени Кинг Кэмп Жиллетт изготовил из дешевой бессемеровской стали первые одноразовые лезвия. Они предназначались для массового рынка. Идея была в том, что копеечное лезвие проще выбросить, чем заново точить. В 1903 году Жиллетт продал пятьдесят одну бритву и 168 лезвий. На следующий год он продал уже 90 884 бритвы и 123 648 лезвий. К 1915 году корпорация открыла заводы в США, Канаде, Англии, Франции и Германии, и количество проданных лезвий перевалило за семьдесят миллионов. Теперь не нужно было ходить к цирюльнику, в каждой ванной комнате имелся одноразовый бритвенный станок. Так обстоит дело и по сей день. Есть немало сторонников дедовских принципов в питании, но что-то никто не хочет стричься медными ножницами или бриться тупым лезвием.

Жиллетт все правильно рассчитал. Несомненно, одной из причин его успеха было то, что лезвия быстро портились. Если даже они не тупились от частого бритья, то они попросту ржавели. Однако на одноразовых станках история не закончилась. Новая идея лежала на поверхности, и для открытия нужен был только толчок.