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科学家发现利用梯度结构技术可实现材料性能定制
科学家发现利用梯度结构技术可实现材料性能定制
2014-07-24 16:01:46
第三方平台
据某国外媒体报道：美国研究人员在骨骼和竹的结构上吸取灵感，通过相关研究发现，只要慢慢改变金属的内部结构，就可以使材料更强和更坚韧，这样就可以应用到很多方面：从防弹衣到汽车零部件。据悉，这些研究人员来自美国北卡罗州立大学和中国科学院力学研究所。
在显微镜下观察金属，会看到它是由数百万密密麻麻的颗粒组成。这些颗粒的大小及排布影响金属的物理特性。金属表面的晶粒使金属硬度加强，但也使其韧性降低。研究人员发现在材料中逐渐增大晶粒尺寸，可以使金属更具延展性。这类似于一个骨竹秆横截面的结构尺寸和分布变化。总之，大小晶粒的逐渐转变使得整体材料更强、更韧，这种特征的组合是常规材料不可能实现的。
这称之为梯度结构，可以用这种技术来实现金属性能的定制。研究人员在各种金属，包括铜，铁，镍和不锈钢中测试梯度结构的概念。该技术改善了所有这些金属的性能。研究小组还在工业中用到的无间隙原子（IF）钢上测试了这种方法。
如果常规IF钢强度达到450兆帕，延展性就会非常低——断裂伸长率低于5%。低延展性意味着材料容易发生灾难性故障，如突然折成两半。高韧性材料可以拉伸，这意味着在完全失效之前给人们时间去应对这个问题。研究人员创建了一个具有梯度结构的IF钢：强度达到了500兆帕，断裂伸长率达到了20%。
为了让材料更耐腐蚀、耐磨损以及抗疲劳。这被科研人员认为是材料研究中一个新的领域。这种新材料有很多方面的应用，可以轻易地并且以较低成本地纳入到工业生产过程中。
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