Изображения трех слитков массивных металлических стекол, полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа. Образец справа не содержит "дендритов", слева - состоит из дендритов на 51 процент, в центре - на 67 процентов. Изображение авторов исследования.
Массивные металлические стекла (ММС) содержат металлические связи и, подобно металлам, являются проводниками, но по структуре близки к стеклам: их атомы не упорядочены. Неупорядоченная структура не содержит дефектов, поэтому при сгибе или сжатии ММС переносят большие нагрузки, не ломаясь. При растяжении их, однако, до сих пор подводила низкая пластичность: части тела начинали смещаться относительно друг друга, создавая так называемые полосы скольжения, которые быстро превращались в трещины.
Ученые из Калифорнийского технологического института решили справиться с этой проблемой, вводя в горячий расплав ММС вещества, которые при застывании образуют диспергированные (рассеянные) кристаллы, или "дендриты". Дендриты удерживают полосы скольжения, не давать им стать трещинами. Идея дендритов появилась давно, но калифорнийской группе удалось определить важные критерии, которым они должны соответствовать: быть не меньше максимально возможной длины полосы скольжения и быть мягче самого ММС.
Группа готовила ММС из титана, циркония, ниобия, меди и бериллия. При температуре расплава 800-900 градусов Цельсия дендриты титана, циркония и ниобия могут разрастаться до существенных размеров. По мере их роста в стекловидной фазе ММС возрастает доля бериллия и меди, которые дендриты не образуют. Когда доля бериллия достигает трети, система приходит в равновесие и дендриты более не растут. Регулируя изначальное количество бериллия, можно добиваться различных соотношений массы стекловидной фазы и фазы дендритов.
В итоге ММС с большим количеством дендритов демонстрируют высокую пластичность, перенося примерно такие же нагрузки, как и лучшие сплавы железа, стали и титана.
Ссылки по теме
-
Designing metallic glass matrix composites with high toughness and tensile ductility - Nature, 28.02.08
-
Glassy metals are tougher than steel - PhysicsWorld, 28.02.08
