Iagttagelse af brud i belastede materialer

Nogensinde spekuleret på, mens man sejlede på 36, 000 fod over Atlanterhavet, hvad ville der ske, hvis et stykke satellit, asteroide, eller andet affald kolliderede med dit fly?

Dynamisk brud er fragmenteringen af ​​et materiale på grund af stress, f.eks. under påvirkning. Dette er vigtigt for affaldsafskærmning af materialer, der bruges i fly, rumfartøj, satellitter, atomreaktorer og rustninger, samt inden for generel teknik og fremstilling.

Indtil nu, den dynamiske brud på materialer er kun blevet observeret ved hjælp af bulkskala teknikker, såsom måling af fragmenthastigheder eller retsmedicinsk undersøgelse af prøver. Dynamisk brud i atomskala kunne kun undersøges ved hjælp af computersimuleringer, da størrelsesområdet, der kunne observeres i materialer ved hjælp af eksperimentelle teknikker, var for snævert. Imidlertid, dette har ændret sig takket være en ny teknik rapporteret af et team fra Osaka-universitetet til direkte at observere dynamisk brud i metaller.

Forskerne har brugt en laserpumpe og røntgensonde til at registrere bevægelse, såsom strækning og kompression, i atomstrukturen af ​​tantal under høj belastning. Specifikt, en laser producerer et stød i et tyndt stykke tantal, et metal, der bruges i legeringer til at øge deres styrke og korrosionsbestandighed. Røntgenproben måler derefter afstanden mellem atomer i den modsatte side af tantalet. Denne teknik er ekstremt følsom over for atomer nær overfladen, som er dem, der er tættest forbundet med overfladeskader.

"Udviklingen af ​​gitterdeformation forbundet med den ultrahurtige brud i tantal er givet ved en tidsserie af røntgendiffraktionsmønstre, "forklarer Dr. Bruno Albertazzi." Denne deformation viser os den chokerede del af tantalet, som er ekstremt lille, men chokket bevæger sig gennem tantal med næsten fem kilometer i sekundet. "Det burde derfor ikke være nogen overraskelse, at tantalets styrke bliver kompromitteret. Målingerne, udført på Spring-8 synkrotronkomplekset i Japan, viser et fald i afstanden mellem tantalatomer umiddelbart før brud. Teamet validerer deres observationer ved at demonstrere en tæt match med computersimuleringer.

Denne teknik kan bruges til at undersøge højhastighedsrevner og andre stressrelaterede effekter. "Denne metode bygger bro over forståelsen af ​​forholdet mellem atomstruktur og materielle egenskaber, "siger lektor Norimasa Ozaki. Bevægelse i et materiales atomstruktur under stress kan nu observeres i realtid, og en vigtig materiel egenskab - den krævede belastning ved brud - kan bestemmes. Denne viden vil gavne design og fremstilling af udstyr og teknologier, hvor modstandsdygtighed over for slag er altafgørende.