韧性最强材料“揭开面纱”
2023/01/15 | via.作者 英国《新科学家》周刊网站 | 收藏本文
铬、钴和镍合金(CrCoNi)成为有史以来经检测韧性最强的材料,这一特性能使其用于制造飞机或航天器。
韧性是衡量材料抗断裂能力的指标,和硬度不是一回事,硬度是衡量材料抗变形能力的指标。例如,众所周知迄今发现的最坚硬物质是钻石,我们无法给钻石留下刻痕,但或许能压裂钻石。美国劳伦斯伯克利国家实验室的罗伯特·里奇说:“就在前几天,我上谷歌检索‘世界上韧性最强的材料是什么?’结果显示是钻石,这百分之百是错误的。钻石很脆,没有任何韧性。”
通常,材料强度增加时,韧性就会降低,坚硬的材料很脆。里奇说,CrCoNi的不同寻常之处在于,不用在强度和韧性之间取舍。他一直在与同事研究这种合金,它的强度越大,韧性也越强。
材料往往在低温条件下韧性降低,变得更脆。但在仅比绝对零度高20度的测试中,CrCoNi表现出的韧性为500兆帕乘以米的平方根,这大体上是让材料断裂所需能量的数值。这一韧性远远高于飞机使用的铝,甚至高于最好的钢。
对CrCoNi的断裂分析显示,其结构为断裂制造了一系列障碍。首先,金属晶体区域互相滑移,直到模式不再整齐排列,从而产生更大阻力。接下来,这种合金会呈现出一种名为纳米孪晶的现象,当撞击把合金内的晶体裂解为较小晶体时,有些会翻转方向,增加了结构的整体强度。
此外,其晶体结构还能从立方体转变为六边形。里奇说,这种滑移和结构重组单独看都很常见,但CrCoNi合金不仅表现出所有这些特性,而且是重复出现,这意味着其对断裂具有超乎寻常的耐受性。