الهشاشة

قد تتأثر الخصائص الميكانيكية للبوليمرات بتغيرات درجة الحرارة بالقرب من درجة حرارة الغرفة. على سبيل المثال، يكون بولي (ميثيل ميثاكريلات) هشًا للغاية عند درجة حرارة 4 درجات مئوية، ^{[ 1 ]} ولكنه يكتسب مرونة متزايدة مع ارتفاع درجة الحرارة.

البوليمرات غير المتبلورة هي بوليمرات تتصرف بشكل مختلف باختلاف درجات الحرارة. فقد تتصرف كزجاج عند درجات الحرارة المنخفضة (المنطقة الزجاجية)، وكصلبة مطاطية عند درجات الحرارة المتوسطة (المنطقة الجلدية أو منطقة التحول الزجاجي)، وكسائل لزج عند درجات الحرارة المرتفعة (منطقة التدفق المطاطي والتدفق اللزج). يُعرف هذا السلوك بالسلوك المرن اللزج . في المنطقة الزجاجية، يكون البوليمر غير المتبلور صلبًا وهشًا. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يصبح البوليمر أقل هشاشة.

تُظهر بعض المعادن خصائص هشة نتيجة لأنظمة الانزلاق فيها . فكلما زاد عدد أنظمة الانزلاق في المعدن، قلت هشاشته، لأن التشوه اللدن يمكن أن يحدث على طول العديد من هذه الأنظمة. وعلى العكس، مع قلة أنظمة الانزلاق، يقلّ التشوه اللدن، ويكون المعدن أكثر هشاشة. فعلى سبيل المثال، تحتوي المعادن ذات التركيب السداسي المتراص (HCP ) على عدد قليل من أنظمة الانزلاق النشطة، وعادةً ما تكون هشة.

تتميز المواد الخزفية عموماً بهشاشتها نظراً لصعوبة حركة الانخلاعات، أو الانزلاق. يوجد عدد قليل من أنظمة الانزلاق في المواد الخزفية البلورية التي يمكن للانخلاعات التحرك على طولها، مما يجعل التشوه صعباً ويزيد من هشاشة المادة الخزفية.

تُظهر المواد الخزفية عمومًا روابط أيونية . وبسبب الشحنة الكهربائية للأيونات وتنافرها مع الأيونات ذات الشحنة المماثلة، فإن الانزلاق يكون أكثر تقييدًا.

عندما تصل المادة إلى أقصى حدود قوتها، يكون أمامها عادةً خياران: إما التشوه أو الكسر. يمكن تقوية المعدن القابل للطرق بطبيعته عن طريق إعاقة آليات التشوه اللدن (تقليل حجم الحبيبات ، والتصليد بالترسيب ، والتصليد بالتشكيل ، وما إلى ذلك)، ولكن إذا تم المبالغة في ذلك، يصبح الكسر هو النتيجة الأرجح، وقد تصبح المادة هشة. لذا، فإن تحسين متانة المواد عملية توازن دقيقة.

لا يصعب تقوية المواد الهشة بطبيعتها، كالزجاج ، بفعالية. وتعتمد معظم هذه التقنيات على إحدى آليتين : إما ثني أو امتصاص طرف الشق المتنامي، أو توليد إجهادات متبقية مضبوطة بدقة لإغلاق الشقوق الناتجة عن مصادر محددة يمكن التنبؤ بها. يُستخدم المبدأ الأول في الزجاج الرقائقي، حيث يفصل بين طبقتين من الزجاج طبقة وسيطة من بولي فينيل بوتيرال . يمتص بولي فينيل بوتيرال، باعتباره بوليمرًا لزجًا مرنًا ، الشق المتنامي. أما الطريقة الثانية فتُستخدم في الزجاج المقوى والخرسانة مسبقة الإجهاد . ويُعدّ "قطرة الأمير روبرت" مثالًا على تقوية الزجاج . ويمكن تقوية البوليمرات الهشة باستخدام جزيئات معدنية لإحداث تشققات دقيقة عند تعرض العينة للإجهاد، ومن الأمثلة الجيدة على ذلك البوليسترين عالي التأثير (HIPS). أما أقل أنواع السيراميك الإنشائي هشاشةً فهي كربيد السيليكون (وذلك أساسًا بفضل قوته العالية) والزركونيا المقواة بالتحول .

تُستخدم فلسفة مختلفة في المواد المركبة ، حيث تُدمج ألياف زجاجية هشة ، على سبيل المثال، في مادة أساسية مرنة مثل راتنج البوليستر . عند تعرضها للإجهاد، تتشكل شقوق عند سطح التماس بين الزجاج والمادة الأساسية، ولكن كثرة هذه الشقوق تؤدي إلى امتصاص قدر كبير من الطاقة، مما يزيد من صلابة المادة. ويُستخدم المبدأ نفسه في تصنيع المواد المركبة ذات المصفوفة المعدنية .

بشكل عام، يمكن زيادة قوة الهشاشة للمادة عن طريق الضغط . يحدث هذا كمثال في منطقة الانتقال بين الهشاشة واللدونة على عمق تقريبي يبلغ 10 كيلومترات (6.2 ميل) في قشرة الأرض ، حيث يصبح الصخر أقل عرضة للكسر، وأكثر عرضة للتشوه اللدن (انظر rheid ).