Экстремальный холод. Ученые создали сплавы, устойчивые к разрушению при температуре −253°C
Исследователи выяснили, как два экспериментальных сплава на основе ниобия и титана сохраняют устойчивость к образованию трещин при температуре −253°C. Это открытие может помочь в создании более прочных материалов для работы в условиях экстремального холода.
Об этом пишет издание SciTechDaily.
Большинство металлов при охлаждении становятся прочнее, но вместе с тем могут терять способность деформироваться без разрушения. Из-за этого вокруг трещин возникает напряжение, которое материал не может компенсировать, и он ломается.
Международная группа ученых под руководством специалистов из Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Оксфордского университета исследовала два сплава на основе ниобия и титана. При температуре 20 кельвинов, что соответствует примерно −253°C, они не продемонстрировали измеримого перехода в хрупкое состояние.
Для проверки свойств материалов исследователи охлаждали образцы газообразным гелием и испытывали их на специальном оборудовании в исследовательском центре ISIS в Великобритании. В ходе испытаний образцы облучали нейтронами и подвергали растяжению, измеряя выдерживаемую ими нагрузку и степень деформации вплоть до разрушения.
С помощью электронных микроскопов ученые обнаружили механизм, помогающий сплавам противостоять образованию трещин. Внутри кристаллической структуры возникали новые дефекты, в частности наноразмерные двойники — участки, атомная структура которых зеркально отражает соседние области. Этот процесс сопровождался локальным изменением кристаллической структуры.
На границах между соседними кристаллами такие изменения создавали локальные зоны напряжения, вызывавшие появление новых дислокаций — линейных дефектов, способствующих деформации металла. Благодаря этому материал мог продолжать менять форму и поглощать нагрузки даже в условиях, когда перемещение уже имеющихся дислокаций затруднено из-за холода.
Ведущий автор исследования Дэвид Кук, работавший в Калифорнийском университете в Беркли во время проведения исследования, а ныне работающий в Кембриджском университете, отметил, что полученные результаты меняют представление о причинах хрупкости металлов. По его словам, важную роль играет не только способность существующих дефектов перемещаться, но и возможность образования новых дефектов на границах кристаллов.
Результаты исследования были опубликованы 14 октября 2026 года в журнале Nature. Ученые полагают, что полученные знания могут помочь в разработке конструкционных материалов для энергетики, транспорта и аэрокосмической отрасли, где оборудование должно выдерживать экстремально низкие температуры. В то же время авторы подчеркивают перспективность использования таких материалов в системах, подвергающихся значительным перепадам температур.