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金属玻璃简介 2020 3 22 1 玻璃是什么样的 块状的 透明的 一碰就碎的那您见过打不破 扯不烂 遇热还能变形的玻璃吗 金属玻璃 2020 3 22 2 金属玻璃 金属玻璃 又称非晶合金 液态金属 是采用现代快速凝固冶金技术合成的 兼有一般金属和玻璃优异的力学 物理和化学性能的新型合金材料 2020 3 22 3 玻璃金属生成过程 2020 3 22 4 微观结构 对于金属玻璃来说 其结构特征主要体现在原子最近邻排列的短程有序 原子团簇排列的中程有序以及一部分 自由体积 因此 金属玻璃的性能本征上依赖于其原子尺度上的结构变化 高分辨透射电子显微镜拍摄得到的照片 大部分的金属在冷却时都会结晶 把它们的原子排列成有规则的图案 叫做格构 lattice 但如果结晶不出现 原子便会随机排列 randomarrangement 成为金属玻璃 metallicglass 普通玻璃的原子也是随机排列 但它不是金属 2020 3 22 5 主要特性 超塑性变形能力 玻璃转化点 高磁导率 低损耗 力学性能 热学性能 磁学性能 其他性能 防腐 催化 污水净化 强度高 弹性模量低 硬度高 2020 3 22 6 主要特性 2020 3 22 7 主要制备方法 背景 大多数金属在冷却时会突然出现结晶现象 所以需要非常快的冷却 急冷目前 生产的金属玻璃是比较薄或者比较细的 难点 制造厚的 笨重形状的块体金属玻璃 主要存在的问题 在基础研究方面 非晶的结构表征 玻璃转变以及形变机制是金属玻璃中三大有挑战性的基本科学问题 至今仍然是未解之谜 它们制约了块体金属玻璃材料研究的进一步发展 注 块体金属玻璃 bulkmetallicglass 通常是指3维尺寸都在毫米以上的金属玻璃 2020 3 22 8 块体金属玻璃材料 我国在这方面处于领先地位 典型大块金属玻璃样品 a Mg Cu Y金属玻璃 b 直径超过70mm的金属玻璃棒 c 公斤级别的Zr Ti Cu Ni Be金属玻璃 d 中国科学院物理研究所制备的金属玻璃 2020 3 22 9 1 甩带法 甩带法是制备金属玻璃条带最常用的方法之一 工艺流程 首先将破碎并清洗后的母合金在高真空氩气保护气氛下感应加热熔化 利用惰性气体将合金液体喷射到高速旋转的铜辊上 合金液遇到铜辊将迅速凝固并借助离心力抛离辊面 得到连续薄带 甩带法可以获得105 106K s的高冷却速率 因此能大大抑制晶体相析出 从而得到完全金属玻璃材料 2020 3 22 10 2020 3 22 11 2 铜模吸铸法 工艺流程 将合金放入磁悬浮电炉中 通电流加热待合金完全熔化均匀后将铜模向下移动等石英管伸入到熔融合金中时打开阀门 利用压力罐和熔融合金表面之间的压差把熔融合金快速吸入铜模熔体在铜模中快速激冷得到所需试样 2020 3 22 12 制得样品示意图 优点 电弧熔炼合金无污染 均匀性好 铜模冷却速率较快 制备效率高缺点 制备的样品尺寸比较小 2020 3 22 13 3 水淬法 水淬法工艺简单 设备要求不高 成本低廉 适合大直径柱状样品的制备 其缺点是其冷却速率较低 一般适用于玻璃形成能力强的合金体系 工艺流程 将合金原料封装在一个石英管中 预抽成高真空后充入氩气保护 用高频感应炉加热 合金熔化之后 迅速将其连同石英管浸入水中 实现冷却 B2O3包覆水淬法制备的直径25mmPd40Ni40P20非晶圆柱 2020 3 22 14 4 浇铸法 浇铸法一般用于对玻璃形成能力较强的合金体系 工艺流程 首先将母合金在高真空氩气保护气氛下感应加热熔化 熔化均匀且具有一定过热度的情况下直接将合金熔体浇注入铜模中 冷却后形成柱状样品 翻转浇铸炉 优点 制备过程简单 冷却速率较快 效率高 还可以浇注一定形状的样品 可批量生产 缺点 但易于形成气孔 且样品的尺寸有限 2020 3 22 15 应用及前景 电力行业 磁性研究是非晶态合金最活跃的领域 电压变压器芯体要求材料具有软磁性 软磁性越高 在芯体上损失的能量越少 现在变压器普遍使用的是硅钢片 而具有较高软磁性的金属玻璃可以使变压器重量减轻1 3 能量耗损减少1 3 2020 3 22 16 应用及前景 军事方面 由于其优异的力学性能 金属玻璃可用来制造动能破甲 穿甲弹 金属玻璃和钨复合制成的穿甲弹头 密度高 强度大 穿甲性能好 具有自锐效应 也具有贫铀弹头的高绝热剪切敏感性 有望取代对环境造成严重危害的贫铀弹 铁基金属玻璃可用于舰艇防腐 防磁 2020 3 22 17 应用及前景 日常生活中 高强度的金属玻璃已被应用于滑雪 网球 高尔夫球拍 自行车 潜水装置等体育装备上 磁敏感的金属玻璃也用于书 光盘的防盗标签 相信在不久的将来 随着其制备工艺和研究进展 我们将可以看到金属玻璃制成的手表表壳 高档手机 手提电脑外壳 以及在汽车重要部件上的应用 相关媒体报道 新一代iPhone的机壳可能要使用金属玻璃 2020 3 22 18 无序材料中的待解之谜 对金属玻璃及其应