Ученые научились металлическое стекло делать пластичным

16 мая 2010 года в научном журнале Nature Materials опубликована статья ученых из Института комплексных материалов при дрезденском Институте изучения твердого тела и материалов им. Лейбница (IFW), авторы которой утверждают, что им удалось найти механизм придания пластических свойств металлическому стеклу (аморфному металлу).

Металлическое стекло это сплавы, которые состоят не из регулярно расположенных кристаллов, а, наподобие стекла или жидкости, имеют неупорядоченную атомную структуру, что дает своеобразную комбинацию физических свойств таких материалов. Металлическое стекло как правило жестче, устойчивее к коррозии и крепче, чем обычные металлы. Характерная для металлов пластичность, позволяющая ковать и вальцевать металлы, у металлического стекла отсутствует. Оно хрупкое, как обычное стекло. Это значительно ограничивает область его применений.


Немецкие ученые открыли механизм деформации, который ослабляет хрупкость металлического стекла под растягивающей нагрузкой, и делает его пластически деформируемым. Для этого они изучали сплавы меди с цирконом, которые могут быть изготовлены как в форме металла, так и в форме стекла. В своем кристаллическом состоянии они обладают памятью формы. Похоже, что именно это свойство влияет на деформируемость сплава в форме стекла. При механической нагрузке в стекле отделяются кристаллы памяти формы нанометровой величины, которые, в свою очередь, имеют склонность к образованию так называемых деформационных двойников. Химический состав нанокристаллов не отличается от состава стекла. Поэтому достаточно лишь незначительной атомарной перестройки, чтобы стекло кристаллизировалось. Образование же двойниковых кристаллов является выражением эффекта памяти формы, который на небольших шкалах длин проявляется в результате деформации сдвига. Оба процесса – и образование нанокристаллов, и их двойников – требуют энергии, которая извлекается из приложенной энергии деформации. Тем самым замедляется образование микротрещин, которые обусловливают хрупкое разрушение материала. В результате мы имеем измеримую на макрошкале пластическую деформацию при одновременном упрочении материала.


По мнению авторов разработки, фазовое преобразование при механической нагрузке может полезным также быть в случае с определенными видами керамик, чтобы повысить пластическую деформируемость этого очень хрупкого класса материалов. Несмотря на то, что как структура, так и тип атомарных соединений в металлическом стекле и в керамике весьма различны, похоже, что данный способ является универсальным, считают немецкие ученые.