Fig. 1. Observation de la propagation de fissure dominée par la cavitation dans un verre métallique. Crédit :Institut de physique
Les matériaux vitreux jouent un rôle essentiel dans le monde moderne, mais la fragilité inhérente a longtemps été le talon d'Achille qui limite sévèrement leur utilité. En raison de la structure amorphe désordonnée des matériaux vitreux, de nombreux mystères demeurent. Il s'agit notamment des mécanismes de rupture des verres traditionnels, tels que les verres au silicate, ainsi que l'origine des morphologies de fractures à motifs intrigantes des verres métalliques.
La cavitation a été largement supposée être le mécanisme sous-jacent régissant la rupture des verres métalliques, ainsi que d'autres systèmes vitreux. Jusqu'à maintenant, cependant, les scientifiques ont été incapables d'observer directement le comportement de cavitation des fractures, malgré leurs efforts intensifs.
Cette situation a changé avec les récents travaux du Dr Shen Laiquan, le professeur Bai Haiyang, le professeur Sun Baoan, et d'autres du groupe du professeur Wang Weihua à l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences (CAS), qui ont observé avec succès l'effet de la cavitation sur le comportement à la rupture des verres. Ils ont révélé que la propagation des fissures est dominée par la nucléation auto-organisée, croissance, et la coalescence de nanocavités dans des verres métalliques.
Ils ont montré le processus évolutif des morphologies des fissures, des nanocavités séparées aux nano-ondulations en forme d'onde, et a confirmé que la cavitation est à l'origine de motifs périodiques de surface de fracture.
En outre, ils ont découvert que les nanomotifs induits par la cavitation sont également répandus dans le verre polymère typique (polycarbonate) et le verre de silicate (silice), indiquant que le mécanisme de cavitation est commun dans la fracture des verres. L'écoulement plastique présenté par le processus de cavitation prouve ainsi que la ductilité à l'échelle nanométrique est impliquée dans la rupture de verres nominalement cassants.
Fig. 2. Évolution des fissures des nanocavités séparées aux nano-ondulations ondulatoires. Crédit :Institut de physique
La découverte du comportement de cavitation dans la fracture des verres remet en cause le concept traditionnel de la façon dont les verres se cassent. Les découvertes des chercheurs ont des implications importantes pour la compréhension du processus fondamental de défaillance dans les systèmes désordonnés, et fournit des incitations à la conception de meilleures lunettes.
Fig. 3. Modèles de surface de fracture nanostructurés induits par la cavitation dans des verres de polymère et de silice. Crédit :Institut de physique
Cette étude, intitulé "Observation de la cavitation régissant la rupture des verres, " a été publié dans Avancées scientifiques .
