Новая универсальная модель описания твердости промышленных материалов

В Сколтехе разработана принципиально новая модель описания твердости и устойчивости к трещинообразованию материалов. Описанная учеными-технологами модель проводит связь между этими параметрами и упругостью (которую легко измерить). Разработка может оказаться полезной при прогнозировании характеристик еще не созданных на практике материалов. Кроме того, данная модель является рабочей и при оценке материалов-ауксетиков, имеющих нестандартную реакцию на растяжение, что выгодно отличает ее от аналогов. Ход исследования описан в статье Journal of Applied Physics. Команда получила грант Президентской программы исследовательских проектов в области поддержки лабораторий мирового уровня.

Твердость и трещиностойкость являются одними из самых важных параметров при оценке промышленных материалов. И в то же время прогнозирование данных свойств через строение кристаллической решетки долгое время считали невозможным. Учеными из Китая был предложен целый ряд методов описания этих важных параметров. Китайские ученые связали твердость и трещиностойкость с уровнем упругости. Однако каждый из методов был в чем-то не совершенен: ограничения, наличие зависящих одна от другой переменных – это не давало возможности правильно описывать ни твердость, ни трещиностойкость.

Российским ученым, со слов руководителя проекта Артема Оганова, профессора Сколтеха, удалось сделать модели твердости и трещиностойкости более точными благодаря переходу к новым, независящим друг от друга, координатам. Другими словами, повысилась универсальность моделей. Предвидеть твердость будущих материалов для таких областей как бурение, металлообработка или машиностроение очень и очень важно. Уровень трещиностойкости трудно переоценить при оценке материалов для автомобильных стекол, экранов смартфонов или, например, бронежилетов. Исследование российских ученых сделало сложные свойства проще, и теперь они могут быть описаны теоретически. Теперь для предсказания свойств нового материала достаточно знать его кристаллическую структуру.

Формулы российской модели включают физические величины, характеризующие упругость, практически не зависящие друг от друга, это делает модель максимально точной. Модель рабочая, что подтверждено многочисленными экспериментами, в процессе которых команда смогла дать точное предсказание твердости и трещиностойкости материалов, свойства которых были неизвестны. Модель описывает твердость ауксетиков, они не утончаются, а утолщаются в процессе растяжения, так как обычно их структурные элементы находятся в сложенном состоянии, а в процесс растяжения расправляясь увеличиваются. Примерами ауксетиков служат бумага, минерал серный колчеган, часть из органических полимеров и, наконец, сухожилия.