Металлическое стекло с высокой стойкостью к повреждениям
Материаловеды из Калифорнийского технологического института и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли получили металлическое стекло с необычайно высокой стойкостью к повреждениям. Как известно, стёкла, в отличие от металлов, не имеют кристаллической структуры; их аморфная структура никак не защищена от распространения трещин, что объясняет их хрупкость.
Та же проблема и у металлических стёкол, которые также довольно легко разрушаются путём образования так называемых сдвиговых полос, перерастающих в трещины. Однако при появлении большого количества этих полос можно достичь обратного эффекта: получить высокое сопротивление развитию трещин и дать материалу возможность изгибаться, не разрушаясь.
Именно такой материал, для которого энергия образования сдвиговых полос будет много меньше энергии, необходимой для их превращения в трещины, и пытались создать авторы. Перепробовав множество вариантов, они остановились на сплаве палладия, фосфора, кремния и германия, позволявшем получить стеклянные стержни диаметром около 1 мм. При добавлении серебра (результирующая формула имеет вид Pd79Ag3,5P6Si9,5Ge2) диаметр удалось увеличить до 6 мм; размер образцов, заметим, ограничивается тем, что исходный расплав требует очень быстрого охлаждения. «Смешивая пять элементов, мы добиваемся того, что материал при охлаждении «не знает», какую кристаллическую структуру принять, и выбирает аморфную», — поясняет один из участников исследования Роберт Ритчи (Robert Ritchie).
Эксперименты показали, что такое металлическое стекло действительно сочетает присущую стёклам твёрдость с характерным для металлов сопротивлением развитию трещин.
Испытания нового металлического стекла. Чётко выделяются сеть сдвиговых полос и образовавшаяся трещина, которая, однако, не распространилась на всю глубину образца. (Иллюстрация авторов работы.)
Нетрудно предсказать, что на практике новый материал, содержащий чрезвычайно дорогой палладий, будет использоваться редко — возможно, для изготовления зубных или каких-либо других медицинских имплантатов. «К сожалению, мы пока не определили, почему наш сплав имеет столь привлекательные характеристики, — говорит ещё один участник работ Мариос Деметриу (Marios Demetriou). — Если нам это удастся, можно будет попробовать создать удешевлённый вариант стекла на основе меди, железа или алюминия».
Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature Materials.
по информации compulenta.ru