การบีบอัดแก้วโลหะอาจทำให้กระจกแตกง่ายน้อยลง และเพิ่มศักยภาพในการใช้งานโครงสร้างอย่างมาก ดังนั้น นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรและสถาบันวิจัยโลหะในเสิ่นหยาง ประเทศจีน ซึ่งประสบความสำเร็จในการชุบแข็งวัสดุที่แพร่กระจายได้เหล่านี้ในระดับที่คิดว่าเป็นไปไม่ได้ แก้วเมทัลลิกเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งโลหะและแก้ว พวกมันมีพันธะโลหะและกำลังนำไฟฟ้า
แต่อะตอมของพวกมันนั้นไม่เป็นระเบียบเหมือนในแก้ว
ไม่ได้รับคำสั่งเหมือนในคริสตัล ผลิตขึ้นโดยการให้ความร้อนแก่สารบางชนิดให้อยู่เหนือจุดหลอมเหลวของพวกมันแล้วดับลงในลักษณะที่ป้องกันไม่ให้ตกผลึก
แม้ว่ากระจกเมทัลลิกจะมีความแข็งแรงเป็นพิเศษทำให้พวกเขาเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานทางวิศวกรรมโครงสร้าง แต่ก็มีข้อเสียหลักๆ ประการหนึ่งคือ สามารถอ่อนตัวลงได้เมื่อเปลี่ยนรูป ซึ่งทำให้เปราะได้ สิ่งนี้แตกต่างกับโลหะและโลหะผสมโพลีคริสตัลไลน์ทั่วไป ซึ่งความเค้นทำให้เกิดการแข็งตัวของความเครียด: ภายใต้การรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น การเสียรูปของพลาสติกในโลหะปกติจะเริ่มขึ้นในพื้นที่ แต่จากนั้นจะกระจายตัวสม่ำเสมอ ทำให้วัสดุสามารถ “ยืด” ได้
สายรัดอ่อนตัวและแถบแรงเฉือนความเหนียวนี้ ดังที่ทราบกันดีในด้านโลหะวิทยา มีความสำคัญต่อการป้องกันความล้มเหลวทางกลที่รุนแรงในโครงสร้าง เช่น คานเหล็กสำหรับอาคาร Lindsay Greerหัวหน้าทีมโครงการกล่าว “ทั้งหมดนี้ค่อนข้างน่าผิดหวัง” เขาตั้งข้อสังเกต “คุณสมบัติอื่นๆ มากมายของแว่นตาโลหะนั้นมีความน่าสนใจอย่างมาก ตัวอย่างเช่น พวกเขาสามารถมีความเหนียวสูงและแสดง ‘ความทนทานต่อความเสียหาย’ ซึ่งเป็นผลจากความเค้นของผลผลิตและความเหนียว ซึ่งสูงกว่าวัสดุอื่นๆ ที่รู้จัก”
เกรียร์อธิบายว่าแว่นตาโลหะต่างจากโลหะทั่วไป
ตรงที่มีการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่ไม่สม่ำเสมอ ที่อุณหภูมิห้อง การเสียรูปเกิดขึ้นจากการไหลแบบ ultra-localized ที่เรียกว่าแถบแรงเฉือน ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวทันที – ความเหนียวเป็นศูนย์ – เมื่อวางแก้วภายใต้แรงตึง แม้ว่าจะไม่มีภัยพิบัติที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อวัสดุงอ แต่แถบแรงเฉือนทำให้เกิดรอยบนพื้นผิวที่ไม่น่าดู ซึ่งเป็นระนาบของจุดอ่อนที่พัฒนาเป็นรอยแตก
แถบปรับความตึงและแรงเฉือนเป็นส้นของแว่นตาโลหะของ Achilles Greer บอกกับ Physics World การหาวิธีที่จะทำให้วัสดุเหล่านี้แข็งกระด้างจึงเป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” ตั้งแต่ช่วงแรกสุดของการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกลของพวกมัน เขากล่าวเสริม
กระจกเมทัลลิกที่ชุบชีวิตใหม่
เกรียร์และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าขณะนี้พวกเขาได้พบวิธีการป้องกันแถบเฉือนในแก้วโลหะในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก เทคนิคของพวกเขาประกอบด้วยการบีบอัดตัวอย่างแก้วทรงกระบอกเพื่อให้ความเค้นในแกนหนึ่งแตกต่างจากความเค้นในทิศทางตั้งฉาก (ดูรูป) การบีบอัดประเภทนี้ (เรียกว่าการทดสอบแบบสามแกน) ทำให้เกิดการเสียรูปของพลาสติกเพียงเล็กน้อย แต่ทำให้บริเวณส่วนกลางของกระบอกสูบอ่อนลง เมื่อนักวิจัยตัดพื้นที่ภาคกลางนี้ออกไปและเผชิญกับความเครียดและความเครียด พวกเขาพบว่าตัวอย่างที่ได้รับการปรับสภาพล่วงหน้าหรือ “ชุบตัว” ชิ้นงานทดสอบมีความเปราะบางน้อยกว่า
วัสดุที่ไม่ผ่านการบำบัดมาก
เกรียร์อธิบายว่าผลลัพธ์ที่เข้าใจได้ง่ายอย่างเห็นได้ชัดนี้เกิดขึ้นเพราะในแก้วโลหะที่ชุบชีวิตใหม่ การเปลี่ยนรูปของพลาสติกทำให้อะตอมตกตะกอนกลายเป็นความหนาแน่นมากขึ้น นั่นคือ การจัดโครงสร้างที่ดีขึ้นในเชิงอะตอม “สภาพที่ผ่อนคลายกว่านี้ย่อมยากกว่าโดยธรรมชาติ” เขากล่าว “เคล็ดลับคือเพียงแค่เริ่มต้นด้วยแก้วที่ไม่คลายตัวเพียงพอที่ต้องการพักผ่อน/ผ่อนคลายด้วยวิธีนี้”
ฟังก์ชันคล้ายกับการหลอม
ทีมงานยืนยันคำอธิบายนี้โดยใช้การทดสอบแคลอรี่เพื่อวัดปริมาณพลังงานของแก้วโลหะที่ชุบตัวก่อนและหลังการเปลี่ยนรูปพลาสติก การทดสอบเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานในแก้วลดลงจริง ๆ ในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก ด้วยการสังเกตการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน นักวิจัยยังคำนวณว่าระยะห่างระหว่างอะตอมเฉลี่ยในวัสดุลดลงระหว่างการไหลของพลาสติก ซึ่งพิสูจน์ว่าการบรรจุอะตอมมีความหนาแน่นมากขึ้น
อาจดูแปลกที่จะทำให้แก้วโลหะนิ่มลงด้วยการบีบอัดแล้วศึกษาว่าแก้วจะแข็งตัวอย่างไรเมื่อเกิดการเสียรูปของพลาสติกในภายหลัง แต่เกรียร์ชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นเมื่อโลหะผสมโพลีคริสตัลไลน์แบบธรรมดาถูกอบอ่อนหรือผ่านการอบชุบด้วยความร้อน ในทั้งสองกรณี วัสดุที่ได้จะนุ่มขึ้นแต่แข็งแกร่งขึ้นด้วย
ความแตกต่างที่สำคัญคือในโลหะผสมโพลีคริสตัลลีน สถานะอบอ่อนมีข้อบกพร่องเล็กน้อย ทำให้เป็นสถานะที่ใช้พลังงานต่ำและผ่อนคลายของระบบ ในกรณีนี้ การเปลี่ยนรูปพลาสติกทำให้เกิดข้อบกพร่อง และพลังงานของระบบเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม กระจกเมทัลลิกที่ชุบชีวิตใหม่จะเริ่มในสภาวะที่มีพลังงานสูง พลังงานจะลดลงในระหว่างการเปลี่ยนรูปของพลาสติก ทำให้เกิดแก้วที่อยู่ในสภาวะที่เป็นระเบียบและผ่อนคลายมากขึ้น และมีผลให้ความหนาแน่นของข้อบกพร่องลดลง
แอพพลิเคชั่นที่กว้างขึ้นงานใหม่ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในNatureได้ล้มล้างความคิดที่ว่าแว่นตาโลหะสามารถทำให้ความเครียดอ่อนลงได้เมื่อมีการเปลี่ยนรูปพลาสติกเท่านั้น Greer กล่าว เทคนิคการชุบแข็งแบบตึงเครียดของทีมนั้นเรียบง่ายและมีข้อดีหลายประการ ประการหนึ่ง มันใช้งานได้กับแว่นตาโลหะที่มีองค์ประกอบต่างกัน นอกจากนี้ยังใช้ได้กับตัวอย่างที่เคยผ่านการอบอ่อนและทำให้เปราะบาง โดยสามารถย้อนกลับการรักษาที่ไม่พึงประสงค์ก่อนหน้านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สุดท้าย สามารถใช้เพื่อสร้างตัวอย่างที่มีขนาดสำคัญ โดยเริ่มจากกระบอกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวกว่าหรือใหญ่กว่า
“เราหวังว่าแว่นตาโลหะที่มีคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุงจะสามารถทำได้ค่อนข้างง่าย และด้วยเหตุนี้จึงพบการใช้งานที่กว้างกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน” เกรียร์กล่าว
Baoan Sunจากสถาบันฟิสิกส์ที่ Chinese Academy of Sciences ในกรุงปักกิ่งซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับงานนี้ เห็นด้วย “การค้นหาการชุบแข็งด้วยความเครียดในแก้วโลหะเหล่านี้จะส่งเสริมการใช้งานจริงของพวกเขาในฐานะวัสดุโครงสร้าง” เขากล่าว
Credit : superettedebever.net superkitcar.net tagheuerwatch.net themefactory.org torviscas.com
