|
Дефекты могут упрочнять металл
|
|
04 мая 2012 года, 11:43 | Текст: Роман Иванов
|
|
|
|
Так повелось, что чем твёрже металл, тем хуже его ковкость, — только если это не особая форма меди, известная как двойниковая медь. Кристаллическая структура последней представляет собой многочисленные близко расположенные разрывы в обычно регулярном атомном порядке. Эти разрывы, несмотря на то что их принято называть «дефектами», на самом деле увеличивают прочность металла, не влияя на его ковкость, что делает такой материал привлекательным, к примеру, для получения тонкоплёночных покрытий и полупроводникового производства.
|
|
|
|
Однако взаимосвязь между свойствами дефектов и характеристиками металлов, обладающих этими дефектами, так до сих пор и не была прояснена. Чтобы пролить свет на этот вопрос, учёные из Института высокопроизводительных вычислений A*STAR (Сингапур) предприняли численное моделирование.
|
|
|
|
В 2009 году исследователи из того же A*STAR обнаружили, что прочность двойниковой меди достигает своего максимума, когда размер дефектов в её кристаллической структуре составляет примерно 15 нм. А когда дефекты были больше или меньше (!), прочность меди уменьшалась. Ну, если с крупными дефектами всё понятно даже на бытовом уровне, то вот с дефектами малого размера получилась неувязка. Дело в том, что данное наблюдение противоречило классической модели, которая утверждает, что прочность металла непрерывно возрастает с уменьшением размеров дефектов.
|
|
|
|
Чжаосюань Ву и руководимая им научная группа провели крупномасштабное моделирование молекулярно-динамической структуры, чтобы понять, каким образом кристалл двойниковой меди, состоящий более чем из 60 млн атомов, деформируется под давлением. Оказалось, что деформация проходила при помощи трёх типов мобильных дислокаций, присутствующих в кристаллической решетке двойниковой меди. Причём самый существенный вклад вносила только одна из трёх дислокаций, называемая 60-градусной, результат взаимодействия которой с дефектами зависит от размера самих дефектов.
|
|
|
|
60-градусные дислокации способны проходить сквозь дефекты небольшого размера, создавая многочисленные новые высокомобильные дислокации, которые размягчают медь. С другой стороны, когда двигающаяся дислокация натыкается на крупные дефекты, образуется трёхмерная дислокационная сеть, которая служит надёжным барьером, мешающим дальнейшему дислокационному движению, тем самым дополнительно упрочняя металл. Моделирование предсказало критический размер дефектов, разделяющий эти два вида сдвигов 60-градусной дислокации. Он оказался равен 13 нм, что очень близко к экспериментально наблюдаемому значению в 15 нм.
|
|
|
|
А вообще работа показала, что существует много разных деформационных механизмов, действующих в наноструктурированных материалах, которые подобны двойниковой меди. Понимание каждого из них позволит подстраивать свойства материала в желаемую сторону.
|
|
|
|
http://science.compulenta.ru/677429/
|
