Нанофазные материалы – более прочные
При достаточно большой нагрузке все материалы ломаются и в месте излома соседние слои атомов навсегда отходят друг от друга. Однако прочность многих материалов зависит не от того, какую силу надо приложить, чтобы отделить два соседних слоя атомов. На самом деле, разорвать любой материал гораздо легче, если в нём есть трещины. Поэтому прочность твёрдых материалов зависит от того, сколько в нём микротрещин и каких, и как трещины распространяются по этому материалу. В тех местах, где есть трещина, сила, испытывающая на прочность материал, приложена не ко всему слою, а к цепочке атомов, находящейся в вершине трещины, и поэтому раздвинуть слои очень легко (см. рис. 21а).
Распространению трещин часто мешает микроструктура твёрдого тела.
Если тело состоит из микрокристаллов, как, например, металлы, то трещина,
расколов надвое один из них, может наткнуться на внешнюю поверхность соседнего
микрокристалла и остановиться. Таким образом, чем меньше размер частиц, из
которых слеплен материал, тем труднее по нему распространяются трещины.
Материалы, составленные из наночастиц, называют нанофазными. Примером нанофазного материала может быть нанофазная медь, изготовление которой показано на рис. 21б. Чтобы изготовить нанофазную медь, лист обычной меди нагревают до высокой температуры, при которой с его поверхности начинают испаряться атомы меди. С конвективным потоком эти атомы движутся к поверхности холодной трубки, на которой они осаждаются, образую конгломераты наночастиц. Плотный слой наночастиц меди на поверхности холодной трубки и является нанофазной медью.
Материалы, «слепленные» из наночастиц, оказываются гораздо более прочными, чем обычные. Например, прочность образца нанофазной меди может в 10 раз превышать прочность обычной меди, состоящей, как правило, из кристаллов размером около 50 мкм (рис. 21в).
При малых деформациях сдвига частицы нанофазных материалов способны чуть-чуть сдвигаться друг относительно друга. Поэтому мелкоячеистая структура нанофазных материалов является более прочной не только при растягивающих деформациях, но и при изломе, когда соседние слои образца слои образца по разному изменяют свою длину.
