Высокоскоростной удар превращает алмаз в графит за микросекунды
Снаряд, движущийся более восьми раз быстрее скорости звука, преобразовал алмазные зерна в графит, открыв новые горизонты в изучении поведения материалов под экстремальным давлением.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Техасского университета A&M, Университета Райса и других учреждений, показало, что снаряд, движущийся более восьми раз быстрее скорости звука, может преобразовать алмазные зерна в графит при ударе о жесткий композитный материал. Это преобразование произошло за микросекунды, разрушив материал и предоставив ценные сведения о том, как твердые материалы поглощают энергию под экстремальным давлением. Результаты были опубликованы в журнале Materials Today.
Исследователи создали объемный материал, содержащий алмазные зерна размером в микрометры. Сохранение алмазной структуры в процессе производства оказалось сложной задачей, так как тепло, необходимое для связывания материала, могло превратить алмаз в графит. Чтобы решить эту проблему, команда использовала процесс быстрого нагрева и давления, применяя кубический боронитрид в качестве окружающего материала и кобальт для стабилизации алмазных зерен.
В своих экспериментах команда стреляла алюминиевыми снарядами по композитным мишеням. Снаряд диаметром один миллиметр, движущийся со скоростью примерно 7,5 раз быстрее скорости звука, не вызвал значительного повреждения, но снаряд диаметром четыре миллиметра, движущийся со скоростью около 8,45 раз быстрее скорости звука, привел к разрушению мишени. Анализ фрагментов показал, что алмазные частицы в затронутом материале в значительной степени преобразовались в графит.
Компьютерные симуляции были использованы для изучения того, как ударная волна перестраивала атомы углерода во время удара. Восстановленный материал показал границы, где встречались алмаз и графит, что дало подсказки о процессе преобразования. Исследователи предположили, что превращение алмаза в графит поглощало часть энергии удара, указывая на то, что поглощение энергии и структурная целостность являются отдельными показателями производительности.
Результаты исследования могут помочь в разработке материалов, способных выдерживать удары от быстро движущихся обломков, таких как те, с которыми сталкиваются космические аппараты. Будущие исследования могут сосредоточиться на том, как толщина и состав материала влияют на преобразование и повреждения во время ударов.
