Sprödigkeit
Ein Material ist spröde Wenn, wenn er ausgesetzt ist betonen, es Frakturen mit wenig elastische Verformung und ohne signifikant Plastische Verformung. Spröde Materialien relativ wenig absorbieren Energie vor der Fraktur sogar die von High Stärke. Das Brechen wird oft von einem scharfen Schnappgeräusch begleitet.
Wenn in verwendet MaterialwissenschaftenEs wird im Allgemeinen auf Materialien angewendet, die scheitern, wenn es wenig oder gar nicht gibt Plastische Verformung vor dem Scheitern. Ein Beweis ist es, den zerbrochenen Hälften anzupassen, die genau passen sollten, da keine plastische Verformung aufgetreten ist.
Sprödigkeit in verschiedenen Materialien
Polymere
Mechanische Eigenschaften von Polymere Kann empfindlich auf Temperaturänderungen in der Nähe der Raumtemperaturen sein. Zum Beispiel, Polymethylmethacrylat) ist bei Temperatur 4 ° C äußerst spröde,[1] Aber erlebt eine erhöhte Duktilität mit erhöhter Temperatur.
Amorphe Polymere sind Polymere, die sich bei verschiedenen Temperaturen unterschiedlich verhalten können. Sie können sich wie ein Glas bei niedrigen Temperaturen (der glasigen Region), einem gummiartigen Feststoff bei mittleren Temperaturen (der ledrigen oder Glasübergangsregion) und einer viskosen Flüssigkeit bei höheren Temperaturen (gummiartiger Strömung und viskosen Durchflussregion) verhalten. Dieses Verhalten ist bekannt als Viskoelastisches Verhalten. In der glasigen Region wird das amorphe Polymer starr und spröde sein. Mit zunehmender Temperatur wird das Polymer weniger spröde.
Metalle
Etwas Metalle zeigen spröde Eigenschaften aufgrund ihrer Unterhose Systeme. Je mehr Schlupfsysteme ein Metall hat, desto weniger spröde es ist, da plastische Verformungen entlang vielen dieser Schlupfsysteme auftreten können. Umgekehrt kann mit weniger Schlupfsystemen weniger plastische Verformungen auftreten und das Metall spröder ist. Zum Beispiel HCP (hexagonal eng gepackt) Metalle haben nur wenige aktive Schlupfsysteme und sind in der Regel spröde.
Keramik
Keramik sind im Allgemeinen brüchig aufgrund der Schwierigkeit der Versetzungsbewegung oder des Ausrutschens. Es gibt nur wenige Schlupfsysteme in kristallinen Keramiken, die sich mit einer Versetzung bewegen können, was die Verformung schwierig macht und die Keramik spröde macht.
Keramikmaterialien zeigen in der Regel ionische Bindung. Aufgrund der elektrischen Ladung der Ionen und ihrer Abstoßung von ähnlichen Ionen ist der Schlupf weiter eingeschränkt.
Wechselnde spröde Materialien
Materialien können geändert werden, um spröde oder weniger spröde zu werden.
Hartnäckig
Wenn ein Material die Grenze seiner Festigkeit erreicht hat, hat es normalerweise die Möglichkeit, entweder eine Verformung oder eine Fraktur zu erzielen. Ein natürlich formbar Metall kann durch die Behinderung der Mechanismen der plastischen Verformung gestärkt werden (Reduktion Körnung, Niederschlagshärtung, Härtung arbeitenusw.), aber wenn dies zu einem Extrem geführt wird, wird Fraktur zum wahrscheinlicheren Ergebnis, und das Material kann spröde werden. Material verbessern Zähigkeit ist daher ein Balanceakt.
Natürlich spröde Materialien wie z. Glas, sind nicht schwer effektiv zu verschärfen. Die meisten dieser Techniken betreffen eine von zwei Mechanismen: Um die Spitze eines sich ausbreitenden Risss abzulenken oder zu absorbieren oder sorgfältig kontrolliert zu erzeugen Restbelastungen so dass Risse aus bestimmten vorhersehbaren Quellen geschlossen werden. Das erste Prinzip wird in verwendet Verbundglas wo zwei Glasblätter durch eine Zwischenschicht von getrennt sind Polyvinyl Butyral. Das Polyvinyl -Butyral als viskoelastisch Polymer, absorbiert den wachsenden Riss. Die zweite Methode wird in verwendet verstärktes Glas und Spannbeton. Eine Demonstration der Glasfärbung erfolgt von Prinz Ruperts Tropfen. Spröde Polymere kann durch Verwendung von Metallpartikeln gehärtet werden, um Crazes zu initiieren, wenn eine Probe gestresst ist, ein gutes Beispiel ist Polystyrol mit hoher Auswirkung oder Hüften. Die am wenigsten spröde strukturelle Keramik sind Siliziumkarbid (hauptsächlich aufgrund seiner hohen Stärke) und transformierter Transformation Zirkonia.
Eine andere Philosophie wird in verwendet Kompositmaterialien, wo spröde GlasfasernZum Beispiel sind in eine duktile Matrix eingebettet, wie z. Polyester Harz. Wenn es angespannt ist, werden an der Glas -Matrix -Grenzfläche Risse gebildet, aber so viele werden gebildet, dass viel Energie absorbiert wird und das Material dadurch verschärft wird. Das gleiche Prinzip wird bei der Erstellung verwendet Metallmatrixverbundwerkstoffe.
Auswirkung des Drucks
Im Allgemeinen das spröde Stärke eines Materials kann durch erhöht werden Druck. Dies geschieht als Beispiel in der Übergangszone mit spröde duktile Übergangszone in einer ungefähren Tiefe von 10 Kilometern (6,2 mi) in der Erdkruste, bei welcher Gestein weniger wahrscheinlich ist und eher verformt duktil (sehen Rheid).
Risswachstum
Überschallfraktur ist schneller als die Schallgeschwindigkeit in einem spröder Material. Dieses Phänomen wurde zuerst von Wissenschaftlern aus dem entdeckt Max Planck Institute for Metals Research in Stuttgart (Markus J. Buehler und Huajian Gao) und IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien (Farid F. Abraham).
Siehe auch
- Charpy Impact -Test
- Duktilität
- Forensische Ingenieurwesen
- Fraktographie
- Izod Impact Stärke -Test
- Verstärkung der Materialmechanismen von Materialien
- Zähigkeit
Verweise
- Lewis, Peter Rhys; Reynolds, K; Gagg, C (2004). Forensic Materials Engineering: Fallstudien. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1182-6.
- Rösler, Joachim; Härter, Harald; Bäker, Martin (2007). Maschinenverhalten von technischen Materialien: Metalle, Keramik, Polymere und Verbundwerkstoffe. Springer. ISBN 978-3-642-09252-7.
- Callister, William D.; Rethwisch, David G. (2015). Grundlagen der Materialwissenschaft und -technik. Wiley. ISBN 978-1-119-17548-3.