金属塑料的发明

铈基非晶态金属塑料是一种新的块状非晶合金材料,它具有低于开水温度（100℃）的玻璃转变温度.室温时的强度和超高强度铝镁合金相近.该块体非晶合金在开水中表现出超塑性, 可以像聚合物塑料那样进行复杂的变形加工, 因此被命名为“非晶态金属塑料”（简称“金属塑料”）.这种新材料不仅具有潜在的应用前景,而且具有重要的基础研究的价值,是一个理想的研究玻璃转变、玻璃形成液体性质等相关问题的新材料.另外,金属塑料作为一种新的概念,开辟了一个新的金属材料研究方向.文章简要介绍了该金属塑料的合成、性能及潜在的应用.     

封面说明

将金属像塑料一样在开水中自由的变形，这是长期以来材料研究人员的梦想．最近中国科学院物理研究所的张博、赵德乾、潘明祥、汪卫华等人成功地开发出了一种新的大块金属玻璃，它具有接近室温的玻璃化转变温度，在开水中表现出超塑性，可轻松地实现弯曲、拉伸、压缩和复写等变形，因此被命名为金属塑料．该金属塑料由我国含量丰富的稀土铈和普通的铝和铜合金组成，具有潜在的应用价值，也为人们认识和研究过冷液体及玻璃的物理本质特供了新的材料。     

金属塑料的研究进展

金属塑料是我国学者发现和命名的新材料.本文重点阐述金属塑料这类材料是如何发现的以及这类材料的设计思想与规则;总结了从金属塑料材料成分、典型材料的微观结构与物理化学特性等方面的最新研究成果;对于金属塑料类材料的潜在应用前景做了展望与分析.     

Increasing Superplasticity and Strong Dynamic Behaviour of Zr--Cu--Ni--Al Bulk Metallic Glass

The plasticity and the dynamic fragility of bulk metallic glass of a Zr62 CuxsNiloAllo alloy are studied by three- point beam bending methods. We find that the alloy behaves super plastic not only at room temperature, but also at high temperatures. More importantly, it is found that the superplasticity increases with increasing temperature. In addition, the dynamic fragility parameter m for the supercooled liquid of this alloy is measured to be 34.87 and the supercooled liquid of Zr62 CuxsNixoAlxo alloy behaves as a strong liquid.     

范性形变对NbTi合金超导转变温度的影响

研究了时效热处理的Nb50wt％Ti和Nb46.5wt％Ti合金在经历不同程度最终冷变形后,它们的超导转变温度的变化。研究发现:当最终真应变≥2.5时,NbTi合金(420℃×40h三次热处理)的超导转变温度随最终真应变增加而线性下降。针对该实验结果,本文在理论机制上进行了探讨。     

高压下块状Pd40Ni40P20非晶合金的晶化

 本文研究了Pd₄₀Ni₄₀P₂₀块状非晶在4 GPa及常压下的晶化过程。得到了时间-温度转变图。结果表明：高压下样品的晶化温度明显升高，压力对原子的长程扩散及相分离熔体的粘性流动均有抑制作用。在接近熔点进行高压退火时，获得了单相过饱和固溶体。其晶体结构为面心立方。     

Zr70Cu30非晶合金退火时结构弛豫过程的压力效应

 本文研究了Zr₇₀Cu₃₀非晶合金在压力下低于玻璃化温度退火时，表征结构中几何短程有序化过程的超导转变温度（T_c）的弛豫行为。结果表明，结构弛豫使T_c下降。压力退火则阻碍T_c的热弛豫下降趋势，但过程的动力学仍保持和常压弛豫相似的对数特征。作者应用压力促使非晶结构中局域张应力减小的观点来解释上述现象。     

块体非晶合金的韧塑化

块体非晶合金因其独特的原子结构而具有许多优异的力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一,但是由于其在变形过程中的室温脆性和应变软化等关键问题一直制约着其实际工程应用.为解决此问题,块体非晶合金领域的研究者们提出了多种方案,包括通过在非晶合金中调控其内禀特性如弹性常数、结构不均匀性,通过外加手段改变其应力及缺陷状态,通过外加和内生的方法在非晶基体中引入晶态增强相等方式,获得了一系列力学性能优异的块体非晶合金及其复合材料.特别是利用"相变诱导塑性"(transformation-induced plasticity,TRIP)概念研制出的块体非晶合金复合材料,同时具有大的拉伸塑性和加工硬化能力.本文围绕块体非晶合金的韧塑化这个关键科学问题,对单相非晶及非晶复合材料的韧塑化方案及机理进行了综述,着重介绍了TRIP韧塑化块体非晶合金复合材料的制备、性能、组织调控及韧塑化机理等,并对此领域的未来发展进行了展望.     

一种易碎玻璃转变温度的研究

利用超声相比较和相位探测法,测量了一种易碎玻璃纵波和横波声速从室温到73℃范围内的变化,由此得到弹性模量随温度的变化规律.发现声速和弹性模量随温度变化曲线的斜率在54℃附近有明显变化,存在一个转变温度点,测是结果与布里渊散射在此温区相应的数据符合.研究表明,这个转变温度是易碎玻璃完全熔化前的玻璃化转变温度,比其它玻璃低得多. 关键词：     

非晶合金的高通量制备与表征

非晶合金是一种不同于传统合金材料的新型合金,其突出的机械、物理、化学等性能在工程应用领域备受关注.作为一种具有无序原子结构的新型合金,非晶合金中蕴含的丰富的物理现象在基础研究领域也备受瞩目.非晶合金往往由多个组元构成,这给成分优化和性能调制带来了巨大的挑战.材料基因组方法是最近发展起来的新方法,通过高通量制备和结构表征以及性能筛选有望加快新型非晶合金材料的探索,在高通量表征中获得的大量实验数据可以帮助人们理解非晶合金中的科学问题.本文主要介绍高通量制备和表征在非晶合金中的应用,通过列举典型案例,展示通过高通量方法探索新型非晶合金材料的作用.     

新型Pr基大块非晶及其特性研究

用铜模吸铸法获得了直径为5mm的一种新的Pr基大块非晶.与以往其他稀土-过渡金属(RE-TM)大块非晶不同的是，这种新的Pr基大块非晶具有明显的玻璃转变和稳定的过冷液相区，且其玻璃转变温度在目前已知的大块非晶中是最低的，T_g=409K.研究了该大块非晶的玻璃转变动力学，并给出了Kauzmann温度T_k、Vogel-Fulcher温度T⁰_g及脆性参数m等重要参数. 关键词： 大块非晶 玻璃转变 脆性参数m     

永磁性Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃

报道一个新的Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃.采用铜模吸铸法制备了直径为5 mm、长度达100 mm的Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃.差示扫描量热分析结果表明在该Pr基大块金属玻璃体系具有宽达64 K左右的过冷液相区，而且该合金呈非晶态时的熔化温度要比相应晶态样品的熔化温度高约140 K.磁滞回线测量表明非晶态Pr55Al12Fe30Cu3 块体合金在室温下呈现永磁特性，而完全晶化后样品在室温下呈现软磁特性. 关键词： 大块金属玻璃 玻璃转变 晶化 永磁性     

永磁性大块金属玻璃Nd60Al10Fe20Co10低温磁性的研究

研究了Nd6 0 Al1 0 Fe2 0 Co1 0 大块金属玻璃磁性随温度的变化关系 ,结果表明Nd6 0 Al1 0 Fe2 0 Co1 0 在室温下表现为永磁性 ,随着温度的降低 ,矫顽力和磁滞回线形状都有很大的变化 .交流磁化率在 18K左右出现尖峰而且峰值温度随频率变化 ,表明该大块非晶体系中存在自旋玻璃态     

不透明玻璃显现出的曙光——块体金属玻璃的发现与应用

在足够高的冷却速度下，如同其他大多数物质一样，金属合金溶体在冷冷却到室温的过程中能够经过玻璃化转变过程变成非晶态固体——金属玻璃。金属玻璃因其具有许多优异和独特的物理、化学和力学性能而一直受到很大的关注。在过去，由于玻璃形成能力的限制，金属合金只能制成厚度为数十数米的薄带状金属玻璃，因而其应用范围受到极大的限制。通过对金属合金的组成、溶体的过冷与稳定性及玻璃形成能力的关系研究，人们用常规的方法在较低的冷却速度下就能在许多金属合金体系中形成三给尺度都达毫米至数厘米的块体金属玻璃，这为金属玻璃获得广泛的应用奠定了基础。     

金属玻璃形成液体的热力学特性

通过分析规则熔体的热力学模型，计算了典型金属玻璃的熔体混合焓ΔH^mix和混合熵ΔS^mix.结合临界冷却速率，归纳出典型金属玻璃形成液体的热力学特性,并提出基于原子尺寸、元素组成以及元素之间混合焓等参数的形成大块金属玻璃的成分判定方法.结果表明，当ΔH^mix<-15 kJ·mol^-1且ΔS^mix>0.6 J·K^-1mol^-1时，合金易于形成大块金属玻璃.金属玻璃的临界冷却速率R_c具有明显的尺寸效应，其值与熔体的ΔS^mix值呈指数关系，可以用R_c＝42.24×10⁴exp(-13.91ΔS^mix)+19.66粗略判断.运用该方法成功设计并制备出远离原有Zr基大块金属玻璃形成区域(55at%—65at%Zr)的Zr₄₀Al₁₀Ni₁₅Cu₃₅和四元Fe-B基Fe₅₃Co₅Nd₁₂B₃₀大块金属玻璃. 关键词： 混合焓 混合熵 大块金属玻璃 玻璃形成能力     

Interactions between high-temperature deformation and crystallization in zirconium-based bulk metallic glasses

High-temperature deformation of a ZrTiCuNiBe bulk metallic glass (BMG) is investigated by compression tests in the supercooled liquid region. When the temperature is decreased or strain rate increased, the amorphous alloy exhibits the usual Newtonian/non-Newtonian transition behaviour. Using specific heat treatments, partially crystallized alloys are produced, the associated microstructures characterized and the volume fractions of the crystal measured. The interaction between high-temperature deformation and crystallization is investigated by appropriate mechanical testing. According to these measurements, partial crystallization is responsible for a significant increase in flow stress and the promotion of non-Newtonian behaviour. Deformation does not significantly change the volume fraction, composition or size of the crystal. The flow-stress increase with crystallization is analyzed under different hypotheses. We conclude that the flow-stress increase cannot be interpreted through a compositional change in the residual amorphous matrix, either by reinforcement due to hard crystallites or by connections between crystals. It appears that the effect is due to the nanometric size of the crystals alone.     

非晶合金中的流变单元

非晶合金是一类具有诸多优异性能的先进金属材料,同时也是研究非晶态物质的模型体系.最近,大量的实验和模拟证据显示,在非晶合金中可能存在类似晶体中缺陷的"流变单元",这些动力学单元和非晶合金的的流变、物理、力学性能密切关联.本文主要综述了流变单元提出的背景、实验证据、流变单元的特征、激活与演化过程、相互作用以及相关的理论.文中提供了大量实验证据证明流变单元模型不仅可以帮助理解非晶态物质中如形变、玻璃转变、弛豫动力学以及非晶结构和性能的关系等重要的基本物理问题,而且可以指导非晶合金性能的调控和设计,获得性能优异的非晶合金材料.     

块体金属玻璃Zr_(48)Nb_8Cu_(12)Fe_8Be_(24)低温电阻的研究

对新型块体金属玻璃Zr48Nb8Cu12Fe8Be24的低温电阻进行了研究,并用理论模型分析了不同温度区间电阻与温度的关系,由此探讨了此类非晶低温下电子散射机理.由实验数据估算了主要散射机理的贡献. 关键词： 金属玻璃 电阻     

LaGa-based bulk metallic glasses

We report the formation of La Ga-based bulk metallic glasses. Ternary La–Ga–Cu glassy rods of 2–3 mm in diameter can be easily formed in a wide composition range by the conventional copper mold casting method. With minor addition of extra elements such as Co, Ni, Fe, Nb, Y, and Zr, the critical diameter of the full glassy rods of the La–Ga–Cu matrix can be markedly enhanced to at least 5 mm. The characteristics and properties of these new La Ga-based bulk metallic glasses with excellent glass formation ability and low glass transition temperature are model systems for fundamental issues investigation and could have some potential applications in micromachining field.