Американські науковці спростували 70-річний закон фізики, що може змінити космічну галузь

Американські науковці з Корнелльського університету спростували 70‑річний фізичний закон, який десятиліттями визначав підходи до зміцнення металів. Виявилося, що при деформації на надзвукових швидкостях матеріали поводяться зовсім не так, як передбачає класична теорія.

Дослідження показало: зменшення розміру зерен у металі, що традиційно вважалося способом підвищення міцності, навпаки може призвести до його пом’якшення. Це суперечить закону Холла–Петча, згідно з яким дрібні зерна блокують рух дислокацій — мікроскопічних дефектів, що спричиняють деформацію.

Команда під керівництвом професора Мостафи Хассані та аспірантки Лаури Ву використала метод лазерного мікропроєктильного тестування: крихітні частинки запускалися у мідні зразки зі швидкістю понад 761 милю на годину. Експерименти показали, що зразки з більшими зернами мали менші вм’ятини та вищу твердість, що прямо суперечить усталеним уявленням.

Лазерна пускова платформа в лабораторії екстремальної механіки, матеріалів та виробництва Корнелльського університету.

Науковці пояснюють ефект взаємодією дислокацій із коливаннями атомів — так званим «дислокаційно‑фононним гальмуванням». При надвисоких швидкостях деформації цей механізм може значно підсилювати метал. Хоча дослідження проводили на міді, перші тести інших металів і сплавів показали схожі результати.

Відкриття має як фундаментальне, так і прикладне значення. Нові знання можуть вплинути на створення матеріалів для легких броньових систем, адитивного виробництва металевих компонентів та космічних апаратів, здатних витримувати зіткнення з космічним сміттям.

Робота опублікована в журналі Phys­i­cal Review Let­ters і ставить під сумнів один із базових принципів матеріалознавства, відкриваючи шлях до нових технологій у галузі високошвидкісних та ударостійких матеріалів.