Изследователи предлагат нов физичен модел за прогнозиране на твърдостта на материалите
Изследователи от “Сколтех ” показаха нов простоват физичен модел за прогнозиране на твърдостта на материалите въз основа на информация за модула на отрязване и уравнения за положението на кристалните структури. Моделът е потребен за необятен набор от на практика приложения - всички параметри в него могат да бъдат избрани посредством обикновени калкулации или измерени пробно.
Резултатите от проучването са показани в списанието.
Твърдостта е значимо свойство на материалите, което дефинира способността им да се опълчват на деформации и други повреди (вдлъбнатини, драскотини), дължащи се на външни сили. Обикновено тя се дефинира посредством натискане на индентор в изпитвания пример, като инденторът би трябвало да е направен от по-твърд материал, нормално елмаз.
В този случай твърдостта се дефинира въз основа на съотношението сред оптималната мощ на хлътване и отпечатъка, който остава върху образеца.
Съвременната промишленост се нуждае от нови твърди и свръхтвърди материали с усъвършенствани механични свойства спрямо обичайните материали. Едно от решенията на този проблем е потреблението на модерни изчислителни способи за високопроизводително търсене (скрининг) на материали с усъвършенствани свойства.
„ Днес изчислителните способи са задоволително усъвършенствани, с цел да могат тъкмо да предсказват структурата и свойствата на разнообразни съединения и материали. Важно е обаче освен да се предскаже структурата на даден материал, само че и да се изчислят тъкмо неговите механични свойства, като да вземем за пример неотстъпчивост, които са нужни за пробния синтез на материал с авансово избрани свойства “, споделя водещият създател на работата Фаридун Джалолов, докторант в програмата по материалознание и инженерство в „ Сколтех “.
„ Съществуващите емпирични модели за прогнозиране на твърдостта се основават на силата на химичните връзки, степента на йонизация, електроотрицателността на кристалите и еластичните модули на материалите.
„ Предложихме простоват и прецизен модел, учреден на свойствата на материала, като модул на отрязване и производна на налягането на обемния модул. И двете свойства могат да бъдат получени посредством опити или атомистични симулации. “
Модулът на отрязване е значим в модела на твърдостта, защото зависи от посоката на дисторция на кристалната конструкция, което разрешава на създателите да изчислят пространствената взаимозависимост на твърдостта за редица материали предвид на анизотропията на кристалната конструкция.
Като получава производната на налягането на обемния модул от уравнението на положението, екипът регистрира въздействието на температурата върху твърдостта.
„ Използвахме образците с рениев диборид (ReB2) и боров карбид (B4C), с цел да покажем, че моделът за неотстъпчивост работи за твърди и свръхтвърди материали. Получената неотстъпчивост подхожда на пробните измервания и на прогнозите, направени от моделите за машинно образование. Всички стойности в нашия модел могат да бъдат получени непосредствено от калкулации или опити, тъй че моделът е подобаващ за практическа приложимост “, добавя професор Александър Квашнин от Центъра за енергиен преход „ Сколтех “, съавтор и теоретичен началник на проучването.
Източник: Phys.org
