Динамическое разрушение — это фрагментация материала из-за некоторого напряжения, например, при ударе. Это имеет очевидное значение для защиты от мусора материалов, используемых в самолетах, космических кораблях, спутниках, ядерных реакторах и броне, а также в общем машиностроении и производстве.До сих пор динамическое разрушение материалов наблюдалось только с использованием крупномасштабных методов, таких как измерение скорости фрагментов или судебно-медицинская экспертиза образцов. Динамическое разрушение в атомном масштабе можно было изучить только с помощью компьютерного моделирования, поскольку диапазон размеров, который можно было наблюдать в материалах экспериментальными методами, был слишком узким.
Однако это изменилось благодаря новому методу прямого наблюдения за динамическим разрушением металлов, о котором сообщила команда под руководством Университета Осаки.Исследователи использовали лазерную накачку и рентгеновский зонд для обнаружения движения, такого как растяжение и сжатие, в атомной структуре тантала под высоким напряжением. В частности, лазер производит удар в тонком куске тантала — металла, используемого в сплавах для повышения их прочности и коррозионной стойкости.
Затем рентгеновский зонд измеряет расстояние между атомами на противоположной стороне тантала. Этот метод чрезвычайно чувствителен к атомам у поверхности, которые наиболее тесно связаны с повреждением поверхности.«Эволюция деформации решетки, связанная со сверхбыстрым разрушением тантала, определяется временными рядами рентгеновских дифракционных картин», — поясняет д-р Бруно Альбертацци. «Эта деформация показывает нам пораженную часть тантала, которая чрезвычайно мала, но ударная волна проходит через тантал со скоростью почти пять километров в секунду». Поэтому неудивительно, что прочность тантала оказывается под угрозой.
Измерения, проведенные на синхротронном комплексе Spring-8 в Японии, показывают уменьшение расстояния между атомами тантала непосредственно перед разрушением. Команда подтверждает свои наблюдения, демонстрируя точное соответствие с компьютерным моделированием.Этот метод можно использовать для исследования высокоскоростного растрескивания и других эффектов, связанных с напряжением. «Этот метод устраняет пробел в понимании взаимосвязи между атомной структурой и свойствами материала», — говорит доцент Норимаса Одзаки. Движение в атомной структуре материала под воздействием напряжения теперь можно наблюдать в режиме реального времени и определять важное свойство материала — напряжение, необходимое для разрушения.
Эти знания помогут при разработке и производстве оборудования и технологий, в которых устойчивость к ударам имеет первостепенное значение.