Физичен пробив 2026: Опровергаха закон, диктувал здравината на металите от 70 години

Екип учени от САЩ открива, че при изключително високи скорости на деформация металите с по-малки зърна или микроскопични кристалити стават по-скоро по-меки, отколкото по-твърди. Това откритие противоречи на класическия закон на Хол-Петш, който от 70 години твърди, че намаляването на размера на зърната винаги прави метала по-здрав. Откритията могат да намерят приложение във военната и космическата индустрия.

„Искахме да проверим пределите на този закон и да видим дали втвърдяването по границите на зърната се запазва, когато металите са подложени на наистина екстремни скорости на деформация“, заяви Мостафа Хасани, съавтор на изследването от Университета Корнел. – Това, което смятахме за рутинен потвърждаващ експеримент, доведе до напълно неочаквани резултати.“

За да изследва поведението на металите при свръхбързи въздействия, екипът използва метода на лазерно индуцираните удари от микросскопични заряди. Тази техника дава възможност пробите да бъдат бомбардирани с микроскопични частици със скорост, по-висока от скоростта на звука. До неотдавнашния технологичен напредък изследването на тези свръхвисоки скорости на деформация беше твърде трудно, съобщават от IE.

Изследователите са подготвили медни проби с размери на зърната от 1 до 100 микрометра. Подобни размери на зърната обикновено се подчиняват на закона на Хол-Петч. При тестовете за удар образците с по-голяма зърнистост неизменно показват по-малки вдлъбнатини и разсейват повече кинетична енергия, което е признак за по-голяма твърдост.

Първоначално учените се усъмнили в резултатите. Въпреки това, след като ги проверяват повторно и провеждат повторни експерименти, те получават същия резултат.

Обяснението на този феномен се крие в дислокациите, или особеното поведение на дефектите в кристалната решетка. При нормална скорост на деформация границите на зърната блокират движението на дислокациите, което прави метала по-здрав. При свръхвисоки скорости обаче дислокациите се движат толкова бързо, че започват силно да взаимодействат с колебанията на атомите (фонони). Това потискане на дислокациите от страна на фононите може значително да заздрави метала, но този ефект отслабва или изчезва при финозърнестите материали.

Въпреки че учените са изследвали образец от мед, професор Хасани отбелязва, че това поведение е универсално. Неговата група вече е работила с други метали и сплави и е наблюдавала същата тенденция.

Натрупаните знания могат да се използват за проектиране на материали за леки брони, щитове за космически кораби и адитивно производство на метални компоненти.