i

Aktuální číslo:

2021/1

Téma měsíce:

Roboti

Kouzelná paměť slitin

 |  4. 1. 2021
 |  Vesmír 100, 46, 2021/1

O vlastnostech a chování materiálů v makroskopickém měřítku často rozhodují procesy, které se odehrávají až na zcela elementární úrovni jednotlivých atomů. Tuto skutečnost demonstrujeme na příkladu slitin s tvarovou pamětí.

Možnost ukázat posluchačům při výkladu kouzlo, které je svým způsobem šokující, je pro přednášejícího velmi cenný instrument, jak publikum vtáhnout do fascinujícího světa materiálové fyziky. Jedním z takových příkladů je tvarová paměť slitin. Použijeme zdánlivě běžný drát, kterému je vetknutý tvar, například nápis HOT (obr. 1 vlevo). Poté drát před zraky posluchačů libovolným způsobem zdeformujeme a odložíme na keramickou misku, nápis HOT neexistuje (obr. 1 uprostřed). Následně drát zalijeme horkou vodou z konvice, a voilà, nápis HOT je zpátky (obr. 1 vpravo). Posluchači jsou polapeni, vtaženi „do hry“, chtějí kouzlu porozumět a pochopit, proč se drát chová tak kuriózním způsobem.

Tady začíná ta zajímavější část příběhu. K tomu, aby efekty tvarové paměti fungovaly, je třeba splnit několik nutných podmínek. Zcela základním fyzikálním principem tvarově paměťových jevů ve slitinách je koordinované kolektivní chování jednotlivých atomů v krystalické mřížce. Ve všech stavech, kterými slitina prochází, si atomy musí „pamatovat“ své nejbližší sousedy a nesmějí svá okolí nejbližších sousedů opustit. V krystalografické teorii se tento princip nazývá příslušnost k Eriksenovu-Pitteriho okolí.

V tomto smyslu tedy u tvarově paměťových slitin existuje kolektivní paměť založená na lokálních atomárních interakcích. Uvážíme-li, že náš úsek drátu obsahuje hrubým odhadem 5 × 1021 atomů, jde vskutku o unikátní demonstraci koordinovaného chování meziatomárních sil. To není vůbec běžný případ standardních technických materiálů, jako jsou oceli či hliníkové slitiny, kde plastická deformace vysune atomy z původních pozic natolik, že makroskopický tvar nelze vratným způsobem obnovit. Proto je u tvarově paměťových slitin nutné nastavit chemické složení a vytvořit vhodný typ krystalografické mřížky. Experimentální vývoj posledních dekád prokázal, že tvarově paměťové slitiny patří do třídy slitin intermetalických, v jejichž mřížkách jsou atomy různých prvků pravidelně uspořádány na vzdálenosti nesouměřitelně větší, než jsou rozměry elementární krystalické buňky. Toto je jeden aspekt, který napomáhá kolektivní paměti atomů.

Druhým zásadním předpokladem je schopnost intermetalické slitiny projít přímou a zpětnou polymorfní transformací. Tedy zjednodušeně řečeno, v závislosti na změně vnějších podmínek (např. teploty) změnit posunutím atomů v rámci Eriksenova- Pitteriho okolí typ mřížky z vysoce symetrické, např. kubické, na mřížku s nižší symetrií, např. ortorombickou nebo monoklinickou. V odborné terminologii nazýváme modifikaci slitiny se symetrickou mřížkou austenit, jenž je stabilní při vysokých teplotách, a modifikaci s nižší symetrií martenzit, který existuje pod teplotou polymorfní transformace. Uvedené snížení symetrie krystalické mřížky během transformace umožní vznik více variant martenzitu s jednoznačným vztahem k původní symetrické mřížce austenitu.

Nyní vidíte 30 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyzika

O autorech

Antonín Dlouhý

Adam Weiser

Jan Klusák

Doporučujeme

Jeden trhák, co zaplatí náklady

Jeden trhák, co zaplatí náklady

Eva Bobůrková  |  4. 1. 2021
Po vysoké škole aspirantura, pak vojenská služba, návrat do ústavu na jaře 1987. Ale pak přišla turbulentní devadesátá léta. „V roce 1992 jsem se...
Autonomní zabijáci

Autonomní zabijáci

David Černý  |  4. 1. 2021
O životě a smrti na bitevním poli stále ještě rozhoduje člověk, i když samotné provedení smrtícího útoku se čím dál více svěřuje dronům a moderním...
Kriminalizace amatérské entomologie

Kriminalizace amatérské entomologie

Sběr a výzkum hmyzu má v České republice pevné kořeny a dlouholetou tradici. V současné době však zažívá těžké časy. Kromě odlivu zájmu mladých...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné