شیشه قوی تر و محکم تر از فولاد

یک شیشه فلزی جدید مقاوم در برابر آسیب، که استحکام و استحکامی فراتر از هر ماده شناخته شده ای را نشان می دهد که توسط همکاری محققان با آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و موسسه کالیفرنیا ساخته و آزمایش شده است. فناوری. در دنیای مواد، استحکام (میزان نیرویی که یک ماده می تواند تحمل کند) و چقرمگی (ظرفیت آن برای مقاومت در برابر شکست) صرفاً ویژگی های متفاوتی نیستند. 

دستیابی به آنها با هم بسیار دشوار است. اکنون محققان کالتک و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی نوعی شیشه ایجاد کرده‌اند که هر دو ویژگی را دارد.

 از فولاد یا در واقع از هر ماده شناخته شده دیگری قوی تر و سخت تر است. این ماده دارای پالادیوم است، فلزی که استفاده احتمالی آن در عینک 45 سال پیش شناخته شد.

شیشه متالیک جدید یک میکرو آلیاژ حاوی پالادیوم است، فلزی با نسبت سفتی “توده به برش” بالا که با شکنندگی ذاتی مواد شیشه ای مقابله می کند. به دلیل نسبت حجم بالا به مدول برشی مواد حاوی پالادیوم، انرژی مورد نیاز برای تشکیل نوارهای برشی بسیار کمتر از انرژی لازم برای تبدیل این نوارهای برشی به ترک است. نتیجه این است که شیشه در پاسخ به تنش، انعطاف پذیری گسترده ای را متحمل می شود و به جای ترک خوردن، خم می شود.

مواد شیشه ای ساختاری غیر کریستالی و بی شکل دارند که آنها را ذاتاً قوی اما همیشه شکننده می کند. در حالی که ساختار کریستالی فلزات می‌تواند موانع ریز ساختاری (آخال‌ها، مرز دانه‌ها و غیره) را ایجاد کند که مانع از انتشار ترک‌ها می‌شود، در ساختار بی‌شکل شیشه چیزی وجود ندارد که مانع انتشار ترک شود. 

این مشکل به‌ویژه در شیشه‌های فلزی حاد است، جایی که نوارهای برشی منفرد می‌توانند تشکیل شوند و در سراسر مواد گسترش پیدا کنند که منجر به شکست‌های فاجعه‌بار در کرنش‌های بسیار کوچک می‌شود.

در کارهای قبلی، همکاری Berkeley-Cal Tech یک شیشه فلزی به نام “DH3” ساخته بود که در آن انتشار ترک ها با معرفی فاز دوم و کریستالی فلز مسدود می شد.

 این فاز کریستالی که به شکل الگوهای دندریتی در ساختار بی شکل شیشه نفوذ می کند، موانع ریز ساختاری را برای جلوگیری از گسترش یک ترک باز ایجاد کرد. در این کار جدید، این همکاری یک ماده شیشه‌ای خالص تولید کرده است که ترکیب شیمیایی منحصربه‌فرد آن از طریق تشکیل نوارهای برشی متعدد قبل از تبدیل نوارها به ترک، باعث افزایش انعطاف‌پذیری گسترده می‌شود.

افزودن پالادیوم این ماده آمورف را با ظرفیت غیرعادی برای پوشش پلاستیکی گسترده قبل از شکاف باز می کند. این باعث افزایش چقرمگی شکست می شود که با سخت ترین مواد شناخته شده قابل مقایسه است. 

ترکیب نادر چقرمگی و استحکام یا تحمل آسیب فراتر از محدوده معیار تعیین شده توسط سخت ترین و قوی ترین مواد شناخته شده است.

از آنجایی که آلیاژ به جای فولاد تیتانیوم و زیرکونیوم است، وزن آن به طور قابل توجهی کمتر از فولاد است.

 همچنین در دمای بسیار پایین تری نسبت به فولاد ذوب می شود و تولید آن را آسان تر و سریع تر می کند.

این یک دستاورد بزرگ است.” ویلیام نیکس از دانشگاه استنفورد می گوید. یکی از مزیت های بزرگ شیشه جدید این است که می توان آن را به شکل درست ریخته شد. فولاد با استحکام بالا از همان ابتدا.

شیشه ای به این قوی پتانسیل بی پایانی در کاربرد ساختاری دارد – به ماشین ها، هواپیماها و پل ها فکر کنید. با این حال، موضوع این است که پالادیوم بسیار گران است و محققان درگیر در این پروژه می‌گویند بهترین کاربردها در محصولاتی مانند ایمپلنت‌های دندانی است که در حال حاضر از فلزات نجیب نرم و سفت ساخته شده‌اند و به احتمال زیاد باعث ایجاد عوارضی مانند آتروفی استخوان می‌شوند.

 این احتمال وجود دارد که به این زودی شاهد پل های شیشه ای فوق العاده قوی نباشیم، اما کاشت دندان شیشه ای جدید می تواند در اوایل سال 2016 در دهان شما باشد.