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探索塑性金属玻璃


□ 余 鹏 孙保安 白海洋 汪卫华

  摘.要缺乏室温宏观塑性是限制金属玻璃应用,制约金属玻璃形变机理研究的主要障碍,因此探索具有室温宏观塑性的金属玻璃材料成为金属玻璃研究领域的热点.文章首先介绍了作者为提高金属玻璃室温塑性所采用的三种在实践中可行的方法,然后根据金属玻璃的弹性模量(泊松比)与塑性的关系,报道了作者在设计大塑性金属玻璃材料方面的最新进展.
  关键词金属玻璃,塑性,泊松比,剪切带
  
  Exploring plastic metallic glasses
  YU.PengSUN Bao\|AnbaI Hai\|YangWANG Wei\|Hua
  (Key Laboratory fo Extreme Conditions Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
  AbstractThe lack of global plasticity at room temperature is the main barrier to the application of metallic glasses and to the understanding of their deformation. The improvement of this plasticity has been a hot topic in metallic glasses research. In this paper we introduce three feasible methods to enhance the plasticity. Based on the correlation between elastic moduli (Poisson′s ratio) and plasticity we have designed a series of metallic glasses with large plasticity.
  Keywordsmetallic glass, plasticity, Poisson′s ratio, shear band
  
  1.引言
  
  理想的结构材料是高强度和大塑性的结合体,高的强度可以承载巨大的重量,良好的塑性可以保证材料的安全使用而不至于灾难性破坏. 但是在一种材料中很难同时具有高强度和大塑性,这两种性能中的一个性能的提高总伴随着另一个性能的降低.金属玻璃是合金熔体在凝固过程中不发生结晶而形成的非晶态材料.由于其非晶态的结构,具有特殊的物理性能,比如极高的强度(接近理论值),良好的弹性性能(弹性极限约2%),良好的抗腐蚀性、抗辐照能力以及耐磨性能等,是一类应用前景广泛的新型功能材料和潜在的结构材料[1—3].然而,金属玻璃在常温下的塑性变形,是通过高度局域化的剪切带来实现的.剪切带的宽度只有10—50 nm,却承受整个材料的宏观塑性变形.因为剪切带占整个材料的体积分数很小,所以在宏观上,大部分金属玻璃呈现脆性,几乎没有宏观的塑性变形[4—6].因此,金属玻璃要想成为一种广泛应用的结构材料,必须克服其脆性,实现大的宏观塑性.
  剪切带的产生和扩展是金属玻璃在变形过程中释放弹性能和承载塑性变形的主要机制[4—6].因此要想提高金属的塑性,还得从剪切带入手.既然剪切带承载了金属玻璃在受力过程中的所有变形量,那么只要提高剪切带的密度,让其大量产生并防止金属玻璃沿着单一剪切带发生断裂,就可能克服金属玻璃的脆性.从这一线索出发,近年来我们研究组提出探索具有一定塑性金属玻璃的模量判据,发展出高压加工、包裹限制、喷丸等有效提高金属玻璃塑性的方法;并按照泊松比与金属玻璃塑性的关系(模量判据),设计出了具有超大塑性变形能力的Zr基金属玻璃体系.这些结果为克服金属玻璃的脆性提供了切实可行的方法和设计思路,为研究玻璃材料的形变机理提供了模型材料.
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摘自:物理 2008年第06期  
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