Когда не справляется сталь

Дмитрий Самойлов КОГДА НЕ СПРАВЛЯЕТСЯ СТАЛЬ

На протяжении нескольких тысяч лет для изготовления клинков применялся только металл. Люди прибегали к другим материалам исключительно в ритуальных целях либо если металл был им недоступен. В XX веке ситуация изменилась: во-первых, появились новые задачи, с которыми металлический клинок уже не справлялся, а во-вторых, было освоено производство принципиально новых материалов, сравнявшихся по ряду характеристик с металлом и даже превзошедших его. Одними из первых альтернативы металлу стали использовать хирурги и ученые. И тем и другим потребовалось лезвие более острое, чем могла обеспечить сталь.

При достаточно большом увеличении поперечного сечения клинка можно увидеть, что даже самая острая режущая кромка имеет скругленную форму. При прочих равных характеристиках, чем меньше будет радиус этого скругления, тем выше будет острота. Вместе с тем для каждого материала существует предельно малое значение этого радиуса, определяемое степенью организации молекул и силой межмолекулярных связей.

Для сталей предельная острота теоретически определяется их кристаллической структурой. На практике же основную роль в этом играет диаметр зерен карбидов, поскольку режущую кромку нецелесообразно делать более тонкой, чем одно зерно. В противном случае ее стойкость и режущие свойства будут существенно снижены. Диаметр зерна карбида стали марки S30V, например, составляет в среднем 4 микрона, у стали ATS-34— порядка 25 микрон, а у D2— около 50. Наиболее острые из существующих лезвий имеют режущую кромку с диаметром 0,6 микрона, что одновременно является практически минимальным диаметром зерна карбида в высокоуглеродистых сталях.

Одним из первых материалов, примененных для создания неметаллического скальпеля, стал обсидиан. Как часто бывает, новое — это хорошо забытое старое. Ножами из вулканического стекла пользовались еще жрецы майя и хирурги в Древнем Египте. Благодаря аморфной молекулярной структуре обсидиановое лезвие может достигать на порядок меньшей толщины, а следовательно, большей остроты, чем стальное. Современные обсидиановые скальпели, применяемые в пластической хирургии и офтальмологии, а также при подготовке препаратов для электронного микроскопа, имеют диаметр режущей кромки около 0,02 микрона.

Еще одним достоинством стеклянного клинка является его гораздо более гладкая поверхность. При наблюдении в микроскоп с одинаковым увеличением режущая кромка стеклянного клинка выглядит как прямая линия, в то время как у стального она напоминает пилу с неравномерно распределенными зубцами. В результате обсидиановый скальпель создает гораздо меньше трения, проходя сквозь ткани, что позволяет получить значительно более аккуратный разрез, чем при использовании стального.

Основными недостатками обсидианового клинка являются его хрупкость и недолговечность. Стеклянный клинок не выдерживает столкновения с твердыми объектами, и даже в мягких тканях может сделать не более сотни разрезов, прежде чем потеряет остроту.

До недавнего времени обсидиановые скальпели были рекордсменами остроты, однако последние достижения в области технологий плазменной полировки позволили наладить выпуск алмазных микроскальпелей с диаметром режущей кромки около 0,003 микрона (то есть приблизительно 30 атомов). Алмазные скальпели гораздо более долговечны, чем обсидиановые. Однако их широкому распространению препятствует, в первую очередь, высокая цена — тысяча долларов и более.

Острота современного алмазного скальпеля не является пределом. Особые технологии ионной литографии позволяют получить кремниевый микроскальпель с толщиной режущей кромки около 0,001 микрона.

Следующей предметной областью, потребовавшей искать альтернативу стали для изготовления клинка, стало оружие скрытого ношения. Серия угонов самолетов в начале 70-х привела к быстрому распространению досмотровых металлодетекторов. Вслед за аэропортами арочные и ручные детекторы появились на входах в государственные учреждения, банки, клубы и т. д. Это подтолкнуло ряд фирм-производителей ножей и отдельных мастеров на поиски подходящей замены для стали.