脆性
編輯如果材料在受到應力時斷裂時幾乎沒有彈性變形且沒有顯著的塑性變形,則該材料是脆性的。 脆性材料在斷裂前吸收的能量相對較少,即使是高強度材料也是如此。 斷裂通常伴隨著尖銳的啪嗒聲。
當用于材料科學時,它通常適用于失效前塑性變形很小或沒有塑性變形的材料。 一個證明是匹配斷裂的兩半,由于沒有發生塑性變形,因此應該完全吻合。
不同材質的脆性
編輯聚合物
聚合物的機械特性可能對接近室溫的溫度變化敏感。 例如,聚(甲基丙烯酸甲酯)在 4?C 的溫度下非常脆,但隨著溫度的升高會增加延展性。
無定形聚合物是在不同溫度下表現不同的聚合物。 它們在低溫下可能表現得像玻璃(玻璃態區域),在中等溫度下表現得像橡膠狀固體(皮革樣或玻璃化轉變區域),在較高溫度下表現得像粘性液體(橡膠狀流動和粘性流動區域)。 這種行為被稱為粘彈性行為。 在玻璃態區域,無定形聚合物將是剛性和易碎的。 隨著溫度升高,聚合物將變得不那么脆。
金屬
一些金屬由于其滑移系統而表現出脆性。 金屬的滑移系統越多,它的脆性就越小,因為許多滑移系統都會發生塑性變形。 相反,滑移系統越少,發生的塑性變形就越小,金屬就會更脆。 例如,HCP(密排六方)金屬幾乎沒有活性滑移系統,而且通常很脆。
陶瓷
由于位錯運動或滑移的困難,陶瓷通常很脆。 結晶陶瓷中幾乎沒有位錯能夠移動的滑移系統,這使得變形變得困難并使陶瓷更脆。
陶瓷材料通常表現出離子鍵合。 由于離子的電荷和它們對同電荷離子的排斥,進一步限制了滑移。
改變脆性材料
編輯可以改變材料以變得更脆或更脆。
增韌
當材料達到其強度極限時,通常可以選擇變形或斷裂。 可以通過阻止塑性變形機制(減小晶粒尺寸、沉淀硬化、加工硬化等)來使具有天然延展性的金屬變得更堅固,但如果采取極端措施,則更有可能發生斷裂,并且材料可以 變脆。 因此,提高材料韌性是一種平衡行為。
玻璃等天然脆性材料不難有效增韌。 大多數此類技術涉及以下兩種機制之一:偏轉或吸收擴展裂紋的尖端,或產生仔細控制的殘余應力,以便強制關閉某些可預測來源的裂紋。 xxx個原理用于夾層玻璃,其中兩片玻璃由聚乙烯醇縮丁醛夾層隔開。 聚乙烯醇縮丁醛作為一種粘彈性聚合物,吸收了不斷增長的裂縫。 第二種方法用于鋼化玻璃和預應力混凝土。 魯珀特王子港的 Drop 提供了玻璃鋼化演示。 脆性聚合物可以通過使用金屬顆粒在樣品受壓時引發裂紋來增韌,一個很好的例子是高抗沖聚苯乙烯或 HIPS。 最不脆的結構陶瓷是碳化硅(主要是因為它的高強度)和轉變增韌的氧化鋯。
復合材料采用了不同的理念,例如,將易碎的玻璃纖維嵌入聚酯樹脂等延展性基質中。 應變時,玻璃-基體界面會形成裂紋,但裂紋的數量如此之多以至于吸收了大量能量,從而使材料變硬。 同樣的原理也用于制造金屬基復合材料。
壓力的影響
通常,材料的脆性強度可以通過壓力來提高。 這發生在地殼中大約 10 公里(6.2 英里)深度的脆性-韌性過渡帶中,巖石變得不太可能斷裂,更可能發生韌性變形(見 rheid) .
裂紋擴展
編輯超音速斷裂是脆性材料中比聲速更快的裂紋運動。 這種現象首先由斯圖加特馬克斯普朗克金屬研究所(Markus J. Buehler 和 Huajian Gao)和加利福尼亞州圣何塞的 IBM Almaden 研究中心(Farid F. Abraham)的科學家發現。
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