金屬玻璃
| 金屬玻璃 |
金屬玻璃又稱非晶態合金， 它既有金屬和玻璃的優點， 又克服了它們各自的弊病．如玻璃易碎， 沒有延展性。金屬玻璃的強度高於鋼， 硬度超過高硬工具鋼， 且具有一定的韌性和剛性， 所以， 人們讚揚金屬玻璃為「敲不碎、砸不爛」的「玻璃之王」。
目錄
簡介
對科學家來講，玻璃是任何能從液體冷卻成固體而無結晶的材料。大多數金屬冷卻時就結晶，原子排列成有規則的形式稱作晶格。如果不發生結晶並且原子依然排列不規則，就形成金屬玻璃。不像玻璃板，金屬玻璃不透明或者不發脆，它們罕見的原子結構使它們有着特殊的機械特性及磁力特性。普通金屬由於它們晶格的缺陷而容易變形或彎曲導致永久性地失形。對比之下，金屬玻璃在變形後更容易彈回至它的初始形狀。缺乏結晶的缺陷使得原鐵水的金屬玻璃成為有效的磁性材料。金屬玻璃是 1960 年被發明的新材料，多年以來被各國科學家廣泛而深入地研究。與相應的晶態合金相比，這種材料展現出非常獨特的力學與物理性能，使之在多個領域都有廣闊的應用前景。同時，金屬玻璃作為結構無序材料中一類相對簡單的代表體系，是研究非晶態物理的一個比較理想的材料模型。解決金屬玻璃中的基本科學問題，比如它的結構表徵、形變機理、玻璃轉變、玻璃形成能力等，不僅可以促進金屬玻璃本身的應用，而且也將推動整個凝聚態物理學的發展。
評價
金屬玻璃的出現可以追溯到20世紀30年代，Kramer第一次報道用氣相沉積法製備出金屬玻璃，在1950年，冶金學家學會了通過混入一定量的金屬——諸如鎳和鋯一去顯出結晶體，1960年，美國加州理工學院的Klement和Duwez等人採用急冷技術製備出金屬玻璃。當合金的薄層在每秒一百攝氏度的速率下冷卻時，它們形成金屬玻璃。但因為要求迅速冷卻，它們只能製造成很薄的條狀物、導線或粉末。最近，科學家通過混合四到五種不同大小原子的元素，去形成諸如條狀的多種多樣的金屬玻璃。變化原子大小使它混合而形成玻璃從而變得更韌。這些新合金的用途之一是在商業上用來製造高爾夫球棍的頭。傳統的晶體材料，其原子周期性地排列成晶格，而晶格又是有缺陷的，如位錯、層錯等。這些缺陷運動所需要的能量比較低，使晶體的宏觀塑性變形比較容易實現。那麼對於沒有晶格結構的金屬玻璃來說，它的塑性形變機理是怎樣的呢？宏觀上來看，金屬玻璃的形變特徵與溫度有密切的關係。在溫度靠近玻璃轉變點乃至更高時，外力的作用下材料每一部分都參與變形，表現為粘滯性流動，被稱為均勻變形。在溫度遠低於玻璃轉變點時，金屬玻璃則往往表現為非均勻變形，變形區域只集中在很小的區域，其尺度為10~50 nm，這種變形區域被稱為剪切帶。由於一般金屬玻璃的玻璃轉變溫度點遠高於室溫，形變局域化是室溫下金屬玻璃變形的主要特徵，並且得到了廣泛的關注。高度局域化的形變只發生在剪切帶內，剪切帶在形成之後在沒有約束的條件下就會快速擴展，最終導致材料的脆性斷裂。這便是室溫下金屬玻璃沒有宏觀塑性的原因，而解決這個問題是促進金屬玻璃應用的關鍵一環，很多研究人員在這個方向上做出了艱苦的努力。為了增加塑性，有的人採用製備複合材料的方法，有人採用引入殘餘應力或其他加工方法。2007 年，中國科學院物理研究所柳延輝等在《Science》上報道，開發出在室溫具有超大壓縮塑性的金屬玻璃，並且可以像純銅、純鋁一樣彎曲成一定形狀，從而進一步引領出一大批相關的研究工作。但是，金屬玻璃室溫宏觀塑性的問題並沒有解決，尤其是大家期望的拉伸塑性並沒有得到，學術界期待着新的進展。 [1]