Немецкие ученые придали пластичность металлическому стеклу

Результаты недавнего исследования, проведенного группой немецких специалистов из Института комплексных материалов при дрезденском Институте изучения твердого тела и материалов им. Лейбница (IFW), позволили авторам работы разработать методику придания пластических свойств так называемому металлическому стеклу, также известному под названием аморфного металла.

Напомним, что термин «металлическое стекло» объединяет в себе целый ряд особых сплавов, которые характеризуются нерегулярной кристаллической решеткой, обладая при этом неупорядоченной атомной структурой наподобие стекла или жидкости. Понятно, что такая внутренняя структура определяет весьма необычную комбинацию физических свойств подобных материалов. Так, например, металлическое стекло отличается от обычных металлов более высокой степенью жесткости, прочности, а также устойчивости к коррозии, но при этом у него полностью отсутствует характерная для металлов пластичность, предоставляющая возможности для обработки посредством ковки и вальцевания. Напротив, металлическое стекло является довольно хрупким материалом, а потому область его практического применения остается весьма ограниченной.

В ходе исследования, о котором здесь идет речь, немецкие ученые открыли механизм деформации, ослабляющий хрупкость металлического стекла под растягивающей нагрузкой, тем самым делая его пластически деформируемым. В этих целях экспертами были изучены сплавы меди с цирконом, которые, как известно, могут быть изготовлены и в форме металла, и в форме стекла, причем в кристаллическом состоянии такие сплавы обладают памятью формы. Специалисты предположили, что данное свойство определяет деформируемость сплава в форме стекла. Механическая нагрузка приводит к отделению в стекле кристаллов памяти формы нанометровой величины, которые, в свою очередь, начинают образовывать так называемые деформационные двойники.

Как сообщает на своих страницах интернет-портал rccnews.ru, идентичный химический состав нанокристаллов и стекла позволяет добиться кристаллизации стекла незначительной атомарной перестройкой. Что же касается двойниковых кристаллов, то их образование является выражением эффекта памяти формы, который на небольших шкалах длин проявляется в результате деформации сдвига. Энергия, необходимая для образования нанокристаллов и их двойников, извлекается из приложенной энергии деформации, что приводит к замедлению образования микротрещин, способствующих хрупкому разрушению материала. В конечном итоге, упрочение материала сопровождается его пластической деформацией, измеримой на макрошкале.

Ученые полагают, что фазовое преобразование при механической нагрузке также позволяет повысить пластическую деформируемость определенных видов керамик, так как данный способ является универсальным. В заключение остается добавить, что подробный отчет о работе немецких исследователей опубликован в журнале «Nature Materials».