Объемное металлическое стекло

www.razgovorium.ru

В Калифорнийском технологическом институте разработан новый метод изготовления чрезвычайно перспективных конструкционных материалов – объемных металлических стекол. Они представляют из себя сплавы нескольких металлов, не имеющие кристаллической структуры. В этом они похожи на обычное стекло – отсюда и название. Металлическое стекло возникает при очень быстром охлаждении расплавов, из-за которого те просто не успевают кристаллизоваться и сохраняют аморфную структуру. Сначала таким способом научились получать тонкие ленты металлических стекол, которые легче заставить быстро терять температуру. Объемные металлические стекла изготовлять куда труднее.

Металлические стекла обладают множеством достоинств. Кристаллические решетки обычных металлов и сплавов всегда содержат те или иные структурные дефекты, которые снижают их механические качества. В металлических стеклах таких дефектов нет и не может быть, поэтому они отличаются особой твердостью. Некоторые металлические стекла к тому же сопротивляются коррозии даже лучше нержавеющей стали. Поэтому специалисты полагают, что эти материалы ожидает блестящее будущее.

До сих пор объемные металлические стекла имели один крупный недостаток – низкую пластичность. Они хорошо выдерживают изгибы и сжатия, но ломаются при растяжении. Теперь Даглас Хоффман и его коллеги изобрели технологию изготовления объемных металлических стекол на основе сплавов титана, циркония, ниобия, меди и бериллия, которая приводит к рождению материалов, не уступающих по прочности лучшим титановым и стальным сплавам.

Разработчики полагают, что сначала они найдут применение в авиакосмической индустрии, а потом, когда удастся снизить их себестоимость, и в других отраслях.

Металлическое стекло - материал XXI века

Крепче стали, податливее пластмассы, неплохо проводящие электричество и коррозийностойкие благодаря своей аморфной структуре, металлические стёкла были бы идеальным материалом, если бы не одно большое НО. Они хрупки, обладают малой усталостной прочностью и поэтому их надёжность сомнительна.

Проблема вроде бы решается применением композитов, но и в их состав входят всё те же монолитные металлические стёкла .

Исследователи из Лаборатории материаловедения в Беркли под руководством Роберта Ричи нашли путь устранения недостатков, присущих подобным стёклам. Они разработали стекло на основе палладия, аморфное по своей структуре, которое имеет такую же усталостную прочность, как и обычные конструкционные материалы с поликристаллической структурой на основе стали, алюминия или титана.

При проверке поведения этого материала под нагрузкой, учёные неожиданно для себя обнаружили, что прочность его возросла по сравнению даже с композитными материалами. Микроскопические исследования показали, что на поверхности стекла образуется специфическая «полоса» сдвига, представляющая собой целую серию ступенчатых микросдвигов. Именно эта «полоса» и не даёт развиться трещинам.

Как победить хрупкость

Благодаря своей аморфной структуре металлические стекла могут быть прочными, как сталь, и пластичными, как полимерные материалы, они способны проводить электрический ток и обладают высокой коррозионной стойкостью. Такие материалы могли бы получить широкое распространение при изготовлении медицинских имплантатов и разнообразных электронных устройств, если бы не одно неприятное свойство: хрупкость. Металлические стекла, как правило, являются ломкими и неравномерно сопротивляются усталостным нагрузкам, что ставит под вопрос их надежность. Использование многокомпонентных аморфных металлов решает эту проблему, однако для монолитных металлических стекол она до сих пор актуальна.

В рамках нового исследования. проведенного совместно учеными из Лаборатории Беркли и Калифорнийского технологического института, был найден способ повысить усталостную прочность объемных металлических стекол. Объемное металлическое стекло на основе палладия, подвергнутое усталостным нагрузкам, проявило себя ничуть не хуже, чем лучшие из композитных металлических стекол. Его усталостная прочность сравнима с этим показателем для широко используемых поликристаллических конструкционных металлов и сплавов, таких как сталь, алюминий и титан.

Под нагрузкой на поверхности палладиевого металлического стекла образуется полоса сдвига — локальная область значительной деформации, которая принимает ступенчатую форму. При этом по краям трещин, разделяющих «ступени», возникают такие же полосы сдвига, что притупляет вершины трещин и препятствует их дальнейшему распространению.

Палладий характеризуется высоким соотношением модулей объемного сжатия и сдвига. что скрадывает присущую стеклообразным материалам хрупкость, поскольку образование «многоуровневых» полос сдвига, препятствующих дальнейшему росту трещин, оказывается энергетически более выгодным, чем формирование крупных трещин, приводящих к быстрому разрушению образца. Вкупе с высоким пределом выносливости материала эти механизмы значительно повышают усталостную прочность объемного металлического стекла на основе палладия.

Объемные металлические стекла являются искусственным материалом, который может похвастаться превосходной прочностью и твердостью в сравнении с обычными материалами, а все изменения происходят на атомном уровне. Путем настройки рецептуры исследователи оказались в состоянии производить любой BMG с высокой степенью эластичности и прочности. Если удается создать такие материалы, то создавать из них можно все что угодно: буровые долото, бронежилеты с метеор-упорным покрытием для спутников, гильзы.

Природные металлы имеют организованную кристаллическую структуру на уровне атомов, где они аккуратно разложены друг на друга, чтобы сформировать трехмерные решетчатые структуры. Из-за такого наслоения слоев атомов, слои могут надвигаться друг на друга, отчего металлы и гнутся.

При всей своей гибкости BMG способен выдерживать силы более крупные, нежели нужны типичному металлу для деформации, ибо вся атомная решетка организации не имеет и атомы находятся в разноброс по периметру материала. Неорганизованная структура достигается при помощи быстрого первичного нагрева материала до экстремальных температур, атомы начинаются раздражаться и "бегать" по доступному периоду, потом же материал очень быстро охлаждается и атомы остаются там где были в момент заморозки.

В разработке новых гибких материалов, ученые в университете Южной Каролины подогревают порошкообразный композит железа точно до 630 градусов по Цельсию и затем быстро его охлаждают. Поступая таким образом, ученые могут регулировать количество структуризованного и не структуризованного состава.

Аморфное металлическое стекло – материал 21 века

www.razgovorium.ru

Спектр применения объёмных металлических стёкол мог бы быть чрезвычайно широк – от производства износостойких смартфонов и других электронных устройств, до более прочных биологических имплантатов. Вполне возможно, новый материал найдет широкое распространение при колонизации Марса, где скорее всего возникнет необходимость в возведении прозрачных куполов. Металлическое стекло в этом случае станет незаменимым материалом.

Крепче стали, податливее пластмассы, неплохо проводящие электричество и коррозийностойкие благодаря своей аморфной структуре, объёмные металлические стёкла были бы идеальным материалом, если бы не один существенный недостаток.

Они хрупки, обладают малой усталостной прочностью и поэтому их надёжность сомнительна. Проблема вроде бы решается применением композитов, но и в их состав входят всё те же монолитные металлические стёкла.

Исследователи из Лаборатории материаловедения в Беркли под руководством Роберта Ричи нашли путь устранения недостатков, присущих подобным стёклам. Они разработали стекло на основе палладия, аморфное по своей структуре, которое имеет такую же усталостную прочность, как и обычные конструкционные материалы с поликристаллической структурой на основе стали, алюминия или титана.

При проверке поведения этого материала под нагрузкой, учёные неожиданно для себя обнаружили, что прочность его возросла по сравнению даже с композитными материалами. Микроскопические исследования показали, что на поверхности стекла образуется специфическая «полоса» сдвига, представляющая собой целую серию ступенчатых микросдвигов. Именно эта «полоса» и не даёт развиться трещинам.

Теперь, когда добавки палладия позволили преодолеть его главный технологический недостаток, такое стекло может с полным правом претендовать на роль материала 21 века.

Металлическое стекло превосходит пластик в электронике

Многие потребительские, исследовательские и промышленные применения имеют полевые эмиссионные устройства, которые способны вырабатывать постоянный поток электронов. Так, недавние открытия, базирующиеся на внедрении в пластик нанотрубок и других наноматериалов, уже показали свои перспективы, но и свои недостатки, что мешает использованию их в больших масштабах. Технология позволяет даже простому инертному пластику, за счет внедренного источника электронов - нанотрубки, проводить электричество. Это позволило бы создавать универсальные легкие полевые излучатели, но по природе пластик обладает низкой проводимостью тепловых свойств, а это означает, что длительное воздействие тока приведет к невозможности пластиком выполнять свои функции.

Так группа ученых занялась решением проблемы теплоустойчивости. В университета Монаш ученые и их коллеги из CSIRO разработали аморфное массивное металлическое стекло. Как сообщается в статье Applied Physics Letters ученые разработали сплав из гадолиния, магния и меди. Получившийся сплав обладает свойствами, сходными со стеклом, и желаемыми свойствами пластика, из-за применения аморфных материалов. Они считают, что металлическое стекло способно заменить пластик, также его возможно производить оптом и разнообразных формах.

Источники: www.razgovorium.ru, www.festivalnauki.ru, www.popmech.ru, www.fainaidea.com, gearmix.ru, iqrate.com, tran.su

«ОК-М» - космический корабль малой размерности

Воскресение из мертвых

Геопатогенные зоны Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Нло - доказательства

Кисловодск и его достопримечательности

Кисловодск — это один из самых прекрасных и солнечных российских курортов. Он не только славится своими лечебными минеральными водами, ...


Собор Дуомо в Милане

Роскошный собор Дуомо – одна из основных достопримечательностей Милана. Он отстраивался в течение четырех столетий, в результате чего к его первоначально ...


Город Роттердам

Роттердам — это город ничем не похож на Амстердам. Здесь необыкновенная архитектура с прямыми линиями и многоэтажными небоскребами. Хорошо развита ...


Кредит многодетным семьям

Для молодых семей, недавно вступивших в брак, остро стоит проблема отдельного жилья. Ведь основная масса не имеет изначально своей собственной ...


Технология горизонтального бурения

Сегодня мало, кто помнит, что падение режима Саддама Хусейна в Ираке началось с того, что соседний Кувейт начал качать иракскую нефть ...


Применение РЭБ и САП на Су - 25Т

Тема разработки средств радиоэлектронной разведки и борьбы традиционно проходит под грифом государственной тайны. О разработке средств РЭБ для новейших бомбардировщиков ...


Мост Ханчжоу Бей

Мост Ханчжоу Бей пересекает залив Ханчжоу и является самым длинным трансокеаническим мостом в мире. Его протяжённость составляет 35 километров и ...