Создано металлическое стекло с необыкновенной 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 Pd₇₉Ag_3,5P₆Si_9,5Ge₂) диаметр удалось увеличить до 6 мм; размер образцов, заметим, ограничивается тем, что исходный расплав требует очень быстрого охлаждения.

Эксперименты показали, что такое металлическое стекло действительно сочетает присущую стёклам твёрдость с характерным для металлов сопротивлением развитию трещин.

Рис. 1. 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 статье:

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. – Nature Materials (2011) doi:10.1038/nmat2930; Published online 09 January 2011. 

Источник(и):

1. Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли