Исследователи из России, Великобритании и Китая разработали методику «омоложения» объемных металлических стекол. После специальной обработки материалы сделались более пластичными и устойчивыми к сверхкритическим нагрузкам. Они найдут применение в большом количестве областей — от гибкой электроники, датчиков и сердечников трансформаторов до медицинских имплантатов и защиты спутников. Результаты работы авторы представили в журнале Nature.

Металлические стекла представляют собой непрозрачные сплавы аморфных металлов — соединений, не имеющих кристаллической структуры. Из-за этого такие материалы обладают хорошей устойчивостью к повреждениям, но, с другой стороны, из-за отсутствия кристаллической структуры металлические стекла не обладают пластичностью металлов. Они очень твердые, но при этом обладают хрупкостью: под сверхкритическими нагрузками не деформируются, а сразу разрушаются. Из-за этого такие соединения до сих пор не нашли практического применения. Такой материал уже изначально «старый». Поэтому материаловеды со всего мира бьются над тем, чтобы «омолодить» его, придать пластичность и возможность деформироваться, а не разрушаться под нагрузками. Особенно актуальна эта задача для объемных металлических стекол, толщина которых составляет от миллиметра до десятка сантиметров, так как они наиболее интересны для практического применения.

Ученые из ДВФУ, Кембриджского университета и Института исследования металлов Китайской академии наук предложили методику «омоложения» объемных металлических стекол, состоящих из сплава циркония, меди, никеля и алюминия. Для этого такое стекло, выплавленное в форме цилиндра, сжимали по трем осям, переведя его центральную часть в менее жесткое состояние. Такой процесс называется деформационным упрочнением.

В результате этого «молодое» металлическое стекло прибавило в прочности по сравнению с изначальным образцом. Кроме того, ученые обнаружили у него необходимую пластичность, благодаря которой материал может распределять сверхкритические нагрузки более равномерно — деформироваться, а не разрушаться. Эту же технологию, по словам исследователей, можно применить к металлическим стеклам различных составов и объема.

«Пластическая деформация очень важна для исследуемых нами поликристаллических металлов. Атомы в кристаллической решетке составляют кристаллографические плоскости, которые могут скользить и смещаться друг относительно друга при механической деформации. Из-за этого металлы под сверхвысокими нагрузками не разрушаются, а деформируются и упрочняются. Металлические стекла ведут себя по-другому. Благодаря изначальной высокой твердости и отсутствию кристаллической решетки такое стекло очень сложно деформировать. При превышении допустимого предела получается не упрочнение, а ослабление: образуются локальные области деформации, приводящие к моментальному разрушению материала», — резюмировал один из исследователей, доцент кафедры компьютерных систем Школы естественных наук ДВФУ Юрий Иванов.