Дослідники з’ясували, як два експериментальні сплави на основі ніобію та титану зберігають стійкість до тріщин за температури −253°C. Відкриття може допомогти створювати міцніші матеріали для роботи в екстремальному холоді.
Про це пише видання SciTechDaily.
Більшість металів стають міцнішими під час охолодження, але водночас можуть втрачати здатність деформуватися без руйнування. Через це навколо тріщин виникає напруження, яке матеріал не може компенсувати, і він ламається.
Міжнародна команда науковців під керівництвом фахівців Каліфорнійського університету в Берклі, Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі та Оксфордського університету дослідила два сплави на основі ніобію й титану. За температури 20 кельвінів, що відповідає приблизно −253°C, вони не продемонстрували вимірюваного переходу до крихкого стану.
Щоб перевірити властивості матеріалів, дослідники охолоджували зразки газоподібним гелієм і випробовували їх на спеціальному обладнанні в дослідницькому центрі ISIS у Великій Британії. Під час випробувань зразки опромінювали нейтронами та розтягували,
вимірюючи навантаження, яке вони витримували, і ступінь деформації до руйнування.
За допомогою електронних мікроскопів учені виявили механізм, який допомагає сплавам протистояти тріщинам. Усередині кристалічної структури виникали нові дефекти, зокрема нанорозмірні двійники — ділянки, атомна структура яких віддзеркалює сусідні області. Цей процес супроводжувався локальною зміною кристалічної структури.
На межах між сусідніми кристалами такі зміни створювали локальні зони напруження, які спричиняли появу нових дислокацій — лінійних дефектів, що допомагають металу деформуватися. Завдяки цьому матеріал міг і далі змінювати форму та поглинати навантаження навіть за умов, коли переміщення наявних дислокацій ускладнюється через холод.
Провідний автор дослідження Девід Кук, який працював у Каліфорнійському університеті в Берклі під час проведення роботи, а нині працює в Кембриджському університеті, зазначив, що результати змінюють уявлення про причини крихкості металів. За його словами, важливу роль відіграє не лише здатність наявних дефектів переміщуватися, а й можливість утворювати нові на межах кристалів.
Результати дослідження опублікували 14 жовтня 2026 року в журналі Nature. Науковці вважають, що отримані знання можуть допомогти розробляти конструкційні матеріали для енергетики, транспорту й авіакосмічної галузі, де обладнання має витримувати надзвичайно низькі температури. Водночас автори наголошують на перспективі використання таких матеріалів у системах, що зазнають значних перепадів температур.
Читайте також:
