Материал является хрупким , если при воздействии напряжения он разрушается с небольшой упругой деформацией и без значительной пластической деформации . Хрупкие материалы поглощают относительно мало энергии до разрушения, даже те, которые обладают высокой прочностью . Разрыв часто сопровождается резким щелкающим звуком.
При использовании в материаловедении он обычно применяется к материалам, которые выходят из строя, когда перед разрушением наблюдается небольшая или нулевая пластическая деформация . Одним из доказательств является сопоставление сломанных половин, которые должны точно подходить друг другу, поскольку пластическая деформация не произошла.
Механические характеристики полимеров могут быть чувствительны к изменениям температуры, близким к комнатной. Например, полиметилметакрилат чрезвычайно хрупок при температуре 4˚C, [1] , но проявляет повышенную пластичность с повышением температуры.
Аморфные полимеры — это полимеры, которые могут вести себя по-разному при разных температурах. Они могут вести себя как стекло при низких температурах (стеклообразная область), как резиноподобное твердое тело при промежуточных температурах (кожистая или стеклообразная область) и как вязкая жидкость при более высоких температурах (резиноподобное течение и вязкотекучая область). Такое поведение известно как вязкоупругое поведение . В стеклообразной области аморфный полимер будет жестким и хрупким. С повышением температуры полимер станет менее хрупким.
Некоторые металлы проявляют хрупкие характеристики из-за своих систем скольжения . Чем больше систем скольжения у металла, тем он менее хрупкий, потому что пластическая деформация может происходить вдоль многих из этих систем скольжения. И наоборот, при меньшем количестве систем скольжения может происходить меньшая пластическая деформация, и металл будет более хрупким. Например, металлы HCP (гексагональная плотноупакованная структура ) имеют мало активных систем скольжения и обычно хрупкие.
Керамика, как правило, хрупкая из-за затруднения движения дислокации или скольжения. В кристаллической керамике мало систем скольжения, по которым может перемещаться дислокация, что затрудняет деформацию и делает керамику более хрупкой.
Керамические материалы обычно демонстрируют ионную связь . Из-за электрического заряда ионов и их отталкивания одноименно заряженных ионов скольжение еще больше ограничивается.
Материалы можно изменять, делая их более хрупкими или менее хрупкими.
Когда материал достигает предела своей прочности, у него обычно есть выбор между деформацией и разрушением. Естественно ковкий металл можно сделать прочнее, затруднив механизмы пластической деформации (уменьшение размера зерна , дисперсионное твердение , деформационное упрочнение и т. д.), но если это довести до крайности, то более вероятным результатом станет разрушение, и материал может стать хрупким. Таким образом, улучшение прочности материала — это балансирующий акт.
Хрупкие по своей природе материалы, такие как стекло , нетрудно эффективно закалить. Большинство таких методов включают один из двух механизмов : отклонение или поглощение кончика распространяющейся трещины или создание тщательно контролируемых остаточных напряжений , так что трещины из определенных предсказуемых источников будут принудительно закрыты. Первый принцип используется в ламинированном стекле , где два листа стекла разделены промежуточным слоем поливинилбутираля . Поливинилбутираль, как вязкоупругий полимер, поглощает растущую трещину. Второй метод используется в закаленном стекле и предварительно напряженном бетоне . Демонстрация закалки стекла представлена в Prince Rupert's Drop . Хрупкие полимеры можно закалить, используя металлические частицы для инициирования трещин, когда образец подвергается нагрузке, хорошим примером является ударопрочный полистирол или HIPS. Наименее хрупкой конструкционной керамикой являются карбид кремния (в основном благодаря своей высокой прочности) и закаленный при трансформации цирконий .
Другая философия используется в композитных материалах , где хрупкие стеклянные волокна , например, встроены в пластичную матрицу, такую как полиэфирная смола . При деформации на границе стекло-матрица образуются трещины, но их образуется так много, что поглощается много энергии, и материал тем самым закаляется. Тот же принцип используется при создании композитов с металлической матрицей .
Как правило, хрупкая прочность материала может быть увеличена давлением . Это происходит, например, в зоне хрупко-пластичного перехода на глубине около 10 километров (6,2 мили) в земной коре , где порода становится менее склонной к трещинам и более склонной к пластичной деформации (см. rheid ).
Сверхзвуковое разрушение — это движение трещины быстрее скорости звука в хрупком материале. Это явление было впервые обнаружено [ требуется ссылка ] учеными из Института исследований металлов Общества Макса Планка в Штутгарте ( Маркус Дж. Бюлер и Хуацзянь Гао ) и Исследовательского центра IBM Almaden в Сан-Хосе , Калифорния ( Фарид Ф. Абрахам ).
