Language
Country/Area
No result found
Các loại trượt ranh giới hạt chưa biết: Sự trượt Rachinger và sự trượt Lifshitz khác nhau như thế nào?
Trượt ranh giới hạt (GBS) là cơ chế biến dạng vật liệu trong đó các hạt trượt vào nhau dưới tác động của lực bên ngoài, đặc biệt là ở nhiệt độ cao và tốc độ biến dạng thấp, và thường xảy ra trong vật liệu đa tinh thể. . Hiện tượng này có liên quan đến quá trình biến dạng và hình dạng của ranh giới hạt cũng ảnh hưởng đến tốc độ và mức độ trượt. Ở nhiệt độ cao, sự trượt ranh giới hạt là chuyển động ngăn ngừa sự hình thành vết nứt giữa các hạt. Đối với nhiều vật liệu, lớp phủ Rachinger và lớp phủ Lifshitz là hai loại được nhắc đến phổ biến nhất, nhưng có sự khác biệt đáng kể giữa chúng.
Trượt Rachinger chủ yếu là trượt đàn hồi và các hạt gần như giữ nguyên hình dạng ban đầu; trong khi trượt Lifshitz liên quan đến quá trình khuếch tán khiến hình dạng hạt thay đổi.
So sánh trượt Rachinger và trượt Lifshitz
Trong quá trình biến dạng ở nhiệt độ cao, hiện tượng trượt Rachinger chủ yếu biểu hiện ở sự trượt tương đối của các hạt trong khi vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu của chúng dưới tác dụng của ứng suất bên ngoài. Trong quá trình này, ứng suất bên trong sẽ tiếp tục tăng lên và cuối cùng đạt đến trạng thái cân bằng với ứng suất bên ngoài. Ví dụ, khi ứng suất kéo đơn trục được tác dụng, các hạt trượt để thích ứng với lực kéo giãn và số lượng hạt tăng theo hướng ứng suất tác dụng.
Ngược lại, trượt Lifshitz là một quá trình có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng Nabarro-Herring và hiện tượng Coble. Trong trường hợp này, khi có ứng suất tác dụng, sự khuếch tán của các chỗ trống sẽ khiến các hạt thay đổi hình dạng, khiến chúng kéo dài theo hướng của ứng suất tác dụng. Điều này không làm tăng số lượng hạt theo hướng ứng suất được áp dụng.
Thông qua hai cơ chế trượt này, chúng ta có thể quan sát các đặc điểm biến dạng khác nhau, điều này rất quan trọng để hiểu được hành vi của vật liệu ở nhiệt độ cao.
Cơ chế cân bằng và chuyển động lệch vị trí
Khi các hạt đa tinh thể trượt tương đối với nhau, phải có một cơ chế tương ứng để giúp sự trượt này xảy ra và tránh sự chồng chéo giữa các hạt. Để đạt được mục đích này, các học giả đã đề xuất nhiều cơ chế cân bằng khác nhau, bao gồm chuyển động sai lệch, biến dạng đàn hồi và cơ chế thích ứng khuếch tán. Đặc biệt trong điều kiện siêu dẻo, vai trò của chuyển động sai lệch và sự khuếch tán ranh giới hạt đặc biệt quan trọng.
Ví dụ, khi vật liệu ở nhiệt độ siêu dẻo, các sai lệch trong vật liệu sẽ nhanh chóng được phát ra và hấp thụ tại ranh giới hạt, giúp ổn định hình dạng hạt đồng thời hỗ trợ dòng chảy của vật liệu ở tốc độ biến dạng cao.
Bằng chứng thực nghiệm và tác động của vật liệu nanoThực nghiệm cho thấy hiện tượng trượt ranh giới hạt đã được quan sát thấy ở nhiều loại vật liệu, bao gồm các quan sát trong tinh thể đôi NaCl và MgO vào năm 1962. Các thí nghiệm này đã tiết lộ hành vi trượt tại ranh giới hạt bằng cách sử dụng các kỹ thuật vi mô. Sự xuất hiện của vật liệu nano tinh thể khiến hiện tượng trượt ranh giới hạt xảy ra thường xuyên trong quá trình hoạt động ở nhiệt độ cao, vì cấu trúc hạt mịn dễ bị trượt hơn ở nhiệt độ cao và thấp so với hạt thô.
Kiểm soát kích thước và hình dạng hạt có thể làm giảm hiệu quả mức độ trượt của ranh giới hạt, điều này rất quan trọng trong thiết kế nhiều vật liệu.
Nghiên cứu ứng dụng trong sợi vonfram
Trong các sợi vonfram, cơ chế hỏng hóc chính được phát hiện là sự trượt ranh giới hạt. Khi nhiệt độ vận hành tăng lên, sự khuếch tán giữa các ranh giới hạt có thể dẫn đến trượt và cuối cùng là đứt sợi. Để kéo dài tuổi thọ của dây tóc, các nhà nghiên cứu đã biến đổi vonfram bằng cách pha tạp các nguyên tố như nhôm, silic và kali để giảm độ trượt ở nhiệt độ cao.
Tóm lại, việc hiểu được sự khác biệt cơ bản giữa độ trượt Rachinger và Lifshitz là điều cần thiết để phát triển các vật liệu chịu nhiệt độ cao, đặc biệt là đối với các môi trường khắc nghiệt như ngành hàng không vũ trụ và ô tô. Kiến thức này có thể giúp các nhà khoa học và kỹ sư thiết kế các vật liệu bền hơn để đáp ứng những thách thức trong tương lai. Liệu chúng ta có thể tìm ra giải pháp chính cho những vấn đề này thông qua việc khám phá khoa học vật liệu không?
