• Будущее – за металлическими стёклами

  • Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренс Беркли Департамента энергетики США и Калифорнийского технологического института создали металлическое стекло на основе палладия, обладающее необычайно высокой стойкостью к повреждениям. Статья об исследовании опубликована в журнале Nature Materials.

    Свойства материалов зависят от их структуры. Например, аморфные стёкла – это твёрдые, но хрупкие материалы. Металлы с их кристаллической решёткой не раскалываются на кусочки, но уступают стёклам по твёрдости. В последние годы активно исследуются металлические стёкла – эти материалы могут быть твёрдыми, но при этом не разбиваются. Они представляют собой сплавы из нескольких металлов, атомы которых при достаточно быстром охлаждении не выстраиваются в кристаллическую решётку, а остаются в стеклоподобном аморфном состоянии.

    Мариос Деметриоу (Marios Demetriou) и его коллеги экспериментируют с материалами, сочетающими аморфные и кристаллические структуры. Одна из прошлых разработок учёных, металлическое стекло DH3, состояла из кристаллических древовидных структур, окружённых аморфным веществом. Такое стекло отвечало на деформацию образованием полос сдвига, из которых при дальнейшем воздействии возникали трещины. Но распространение этих трещин останавливалось, когда разрушение доходило до кристаллической части материала.

    В новой работе учёные описывают металлическое стекло, структура которого препятствует переходу полос сдвига в настоящие трещины. «Энергия, необходимая для формирования полос сдвига в этом палладий-содержащем материале, намного ниже, чем энергия, необходимая для того, чтобы эти полосы сдвига перешли в трещины, – цитирует объяснение Роберта Ричи (Robert Ritchie), одного из авторов исследования, сайт лаборатории Беркли. – В результате это стекло пластично при сжатии, и скорее согнётся, чем сломается».

    Первые образцы нового сплава состояли из палладия, кремния, германия и фосфора. Этот состав позволил получить стержни до 1 миллиметра в диаметре. При добавлении серебра в состав сплава диаметр образцов удалось увеличить до 6 миллиметров. Размеры стёкол ограничены необходимостью быстрого охлаждения жидкого сплава, а добавление нового компонента снижает склонность сплава к образованию кристаллических решёток. «Общий принцип такой: если мы смешиваем пять элементов или больше, то при охлаждении материал ‛не понимает“, какую кристаллическую структуру он должен образовать, и остаётся аморфным», – говорит Ричи.

    Эксперименты показали, что новый материал действительно сочетает твёрдость, присущую стёклам, с характерной для металлов устойчивостью к образованию трещин. Широкому применению этого металлического стекла в технике, скорее всего, помешает высокая стоимость палладия, но исследователи планируют продолжать работу с разными, в том числе более дешёвыми, сплавами.

    Источник информации:

    Marios D. Demetriou, Maximilien E. Launey, Glenn Garrett, Joseph P. Schramm, Douglas C. Hofmann, William L. Johnson, Robert O. Ritchie. «A damage-tolerant glass». Nature Materials, 2011, doi:10.1038/nmat2930

    Оригинал статьи:http://strf.ru/material.aspx?CatalogId=21731&d_no=36194

  • Добавлено: 16.1.2011
  • Вернуться к списку всех новостей