金屬玻璃又稱(chēng)非晶態(tài)合金, 它既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn), 又克服了它們各自的弊病.如玻璃易碎, 沒(méi)有延展性.金屬玻璃的強(qiáng)度高于鋼, 硬度超過(guò)高硬工具鋼, 且具有一定的韌性和剛性, 所以, 人們贊揚(yáng)金屬玻璃為"敲不碎、砸不爛"的"玻璃之王".
中文名稱(chēng) | 金屬玻璃 | 外文名稱(chēng) | metal-glass |
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別稱(chēng) | 非晶態(tài)合金 |
金屬玻璃的出現(xiàn)可以追溯到20世紀(jì)30年代,Kramer第一次報(bào)道用氣相沉積法制備出金屬玻璃,在1950年,冶金學(xué)家學(xué)會(huì)了通過(guò)混入一定量的金屬--諸如鎳和鋯一去顯出結(jié)晶體,1960年,美國(guó)加州理工學(xué)院的Klement和Duwez等人采用急冷技術(shù)制備出Au75Si25金屬玻璃。當(dāng)合金的薄層在每秒一百攝氏度的速率下冷卻時(shí),它們形成金屬玻璃。但因?yàn)橐笱杆倮鋮s,它們只能制造成很薄的條狀物、導(dǎo)線(xiàn)或粉末。
最近,科學(xué)家通過(guò)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(yè)上用來(lái)制造高爾夫球棍的頭。
在國(guó)家科學(xué)基金和美國(guó)軍隊(duì)研究總局的支助下,Hufnagel已建立了試驗(yàn)新合金的實(shí)驗(yàn)室。他試圖創(chuàng)建一種在高溫下將依然為固體并不結(jié)晶的合金金屬玻璃,使它能成為發(fā)動(dòng)機(jī)零件有用的材料。該材料也可用于穿甲炮彈等軍事場(chǎng)合。不象大多數(shù)結(jié)晶金屬炮彈,在沖擊后從平的形狀變?yōu)槟⒐叫螤?,Hufnagel相信;金屬玻璃彈頭的各邊將轉(zhuǎn)向并給出最好穿透力的削尖射彈。
制造厚的、笨重形狀的金屬玻璃是困難的,因?yàn)榇蠖鄶?shù)金屬在冷卻時(shí)會(huì)突然出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象,制造玻璃,金屬必會(huì)變硬,因?yàn)榫Ц癯尚螘r(shí)會(huì)改變,從純金屬--諸如銅、鎳去創(chuàng)建玻璃,它將以每秒鐘一萬(wàn)億攝氏度的速率下冷卻。
在大多數(shù)人想到玻璃時(shí),玻璃板的概念便迅速躍人我們的腦海中。但在一定的條件下,金屬也能做成玻璃,例如:這種玻璃可作為電力變壓器和高爾夫球棍的理想材料。巴爾的摩港,約翰斯·霍普金斯(Johns Hopkins)大學(xué)研究員Todd C. Hufnagel正在研究一種生產(chǎn)超強(qiáng),富有彈性和磁性特點(diǎn)的金屬玻璃的方法。Hufnagel希望了解,金屬玻璃形成時(shí),發(fā)生溶化金屬冷卻成固體時(shí)的金相轉(zhuǎn)變。
對(duì)科學(xué)家來(lái)講,玻璃是任何能從液體冷卻成固體而無(wú)結(jié)晶的材料。大多數(shù)金屬冷卻時(shí)就結(jié)晶,原子排列成有規(guī)則的形式稱(chēng)作晶格。如果不發(fā)生結(jié)晶并且原子依然排列不規(guī)則,就形成金屬玻璃。
不像玻璃板,金屬玻璃不透明或者不發(fā)脆,它們罕見(jiàn)的原子結(jié)構(gòu)使它們有著特殊的機(jī)械特性及磁力特性。普通金屬由于它們晶格的缺陷而容易變形或彎曲導(dǎo)致永久性地失形。對(duì)比之下,金屬玻璃在變形后更容易彈回至它的初始形狀。缺乏結(jié)晶的缺陷使得原鐵水的金屬玻璃成為有效的磁性材料。
材料種類(lèi)很多,數(shù)不清楚,常用的有:木、鋼、鑄鐵、鐵藝、玻璃、磚、混凝土、不銹鋼、鋁合金以及它們的組合。 離地高度到是有明確規(guī)定: 《民用建筑設(shè)計(jì)通則GB...
你好,據(jù)我了解金屬玻璃門(mén)價(jià)格不貴,比如北京燦燦門(mén)業(yè)的玻璃門(mén)價(jià)格為100元,銷(xiāo)量還不錯(cuò)。還有上海如雅銅門(mén)的金屬門(mén)價(jià)格為3800元,價(jià)格合理,并且管上門(mén)安裝,安裝師傅干活十分麻利,看著就爽,人也不錯(cuò)。 希...
高要市堅(jiān)朗五金制品廠(chǎng),型號(hào):JL8005-S,價(jià)格是1.8元 高要市金利鎮(zhèn)金鴻達(dá)金屬制品廠(chǎng),型號(hào):J64,價(jià)格是1.42元 佛山市順德區(qū)樂(lè)從鎮(zhèn)興尼達(dá)五金家具配件店,型號(hào):XND-10020,價(jià)格是2....
大部分的金屬在冷卻時(shí)都會(huì)結(jié)晶,把它們的原子排列成有規(guī)則的圖案,叫做晶格 (lattice)。但如果結(jié)晶不出現(xiàn),原子便會(huì)隨機(jī)排列(random arrangement),成為金屬玻璃 (metallic glass)。
普通玻璃的原子也是隨機(jī)排列,但它不是金屬。金屬玻璃并不透明,它擁有獨(dú)特的機(jī)械 (mechanical)和磁性(magnetic)特質(zhì),不易破碎和不易變形 (deform)。它是制造變壓器、高爾夫球棒和其他產(chǎn)品的理想物料。
目前生產(chǎn)的金屬玻璃是較薄和較細(xì)的,因?yàn)榻饘倮鋮s時(shí)很快便會(huì)結(jié)晶,所以需要非??斓睦鋬觥C绹?guó)約翰斯鶴健士大學(xué)(John Hopkins University)的研究員何納喬(Todd Hufnagel),正研究如何生產(chǎn)有超級(jí)強(qiáng)力、彈力和磁力特質(zhì),但是較為大塊的金屬玻璃。這種新的金屬會(huì)保持固體而不會(huì)在高溫下結(jié)晶,這將會(huì)適于制造引擎零件及軍用武器。
用鐵造的金屬玻璃是很好的磁性物質(zhì),而且由于加熱后便變得柔軟,容易鑄造成不同形狀的制成品。
圖中所見(jiàn)是何納喬利用感應(yīng)熔爐 (induction furnace) ,很快的將金屬混合物溶化,變?yōu)榻饘俨A?。
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暋 物理 · 40 卷 ( 2011 年 ) 11 期 暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 ht t p : 飋w w w. wul i .ac .cn 評(píng)述 金屬玻璃研究簡(jiǎn)史 * 汪衛(wèi)華昄 ( 中國(guó)科學(xué)院物理研究所 暋 北京 暋10 01 90 ) 摘 暋 要 暋暋 金屬玻璃的發(fā)明和研究已經(jīng)整整 50 年了 . 半個(gè)世紀(jì)以 來(lái) , 金屬玻璃不但成為性能獨(dú)特的新材料 , 同時(shí)也 是研究材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理中一些重要問(wèn)題 的模型體系 . 金屬玻璃的研究已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理的一個(gè)重要分支 . 文章簡(jiǎn)要介紹了金屬玻璃的研究歷史以及最新的進(jìn)展 , 并扼要介紹了這門(mén)學(xué)科的發(fā)展前景 . 關(guān)鍵詞 暋暋 金屬玻璃 , 合成方法 , 物理性能 , 發(fā)展歷史 Ab ri ef hi st or y ofm et al l i c gl asses WA N G 暋Wei灢H ua 昄 (I nsti t ut e of
金屬玻璃以其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu) – 長(zhǎng)程無(wú)序的類(lèi)液體結(jié)構(gòu),以及獨(dú)特的物理、機(jī)械性能,一直是科學(xué)研究的重點(diǎn)之一。從金屬玻璃原子結(jié)構(gòu)角度深入理解和解釋金屬玻璃的物理性能和力學(xué)性能,尤其是過(guò)冷液體轉(zhuǎn)變和伴隨的急劇的強(qiáng)度降低,相應(yīng)的局域剪切帶變形到均勻超塑性變形的現(xiàn)象,需要對(duì)金屬玻璃的局域原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究。本項(xiàng)目利用中子衍射和高能同步輻射等先進(jìn)技術(shù)對(duì)Zr基金屬玻璃局域原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了原位升溫的測(cè)試和深入的分析研究。局域原子結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)表明自由體積在進(jìn)入玻璃轉(zhuǎn)變和過(guò)冷區(qū)間時(shí)增速顯著加快。并發(fā)現(xiàn)金屬玻璃從室溫升溫時(shí),其產(chǎn)生的局域原子結(jié)構(gòu)內(nèi)的由原子對(duì)得到平均微觀(guān)熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于宏觀(guān)熱膨脹系數(shù),當(dāng)溫度高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度后,該微觀(guān)熱膨脹加倍增加的現(xiàn)象。進(jìn)一步的分析表明,當(dāng)金屬玻璃進(jìn)入過(guò)冷區(qū)時(shí),超常短鍵連接團(tuán)簇和自由體積同時(shí)相關(guān)增加。本研究進(jìn)一步通過(guò)第一性原理分子動(dòng)力學(xué)(AIMD)對(duì)局域原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算。此研究有力地支持和進(jìn)一步明確了作者提出的以過(guò)渡區(qū)為核心的含超常緊密鍵對(duì)團(tuán)簇的非晶結(jié)構(gòu)模型 - the tight-bond cluster model:團(tuán)簇 過(guò)渡區(qū) 自由體積。團(tuán)簇間的過(guò)渡連接區(qū)在玻璃轉(zhuǎn)變時(shí)吸熱發(fā)展成為自由體積,使得團(tuán)簇被具有液體性質(zhì)的自由體積包圍,因此伴隨相應(yīng)的強(qiáng)度的急劇降低,及宏觀(guān)塑性的質(zhì)的增加。團(tuán)簇,過(guò)渡區(qū)和自由體積的局域熱膨脹的不同,導(dǎo)致局域微觀(guān)熱膨脹和宏觀(guān)熱膨脹的不同。在此基礎(chǔ)上,本項(xiàng)目還系統(tǒng)研究了不同成分的金屬玻璃從不同的熔融狀態(tài)快速冷卻后對(duì)其局域原子結(jié)構(gòu),非晶體的熱力學(xué)性能和金屬玻璃的玻璃形成能力的影響。除了成分的決定性影響外,結(jié)果分析表明,提高熔融急冷溫度可提高玻璃形成能力。其原因是由于熔融溫度對(duì)液體局域原子結(jié)構(gòu)的影響。本項(xiàng)目的研究工作為金屬玻璃材料的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究進(jìn)一步提供了有益的理論基礎(chǔ)。
第一章 概論
1.1 金屬玻璃的發(fā)展歷史
1.2 制備方法
1.3 性能與應(yīng)用
1.4 塊體金屬玻璃的室溫脆性及其解決途徑
1.5 金屬玻璃復(fù)合材料
第二章 Fe基塊體金屬玻璃
2.1 Fe基塊體金屬玻璃的發(fā)展
2.2 工業(yè)純?cè)现苽銯e基塊體金屬玻璃
2.3 Fe60Co8Zr10Mo5W2B15塊體金屬玻璃的晶化行為
2.4 Fe60Co8Zr10Mo5W2B15塊體金屬玻璃的力學(xué)性能
美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)家研制成一種稱(chēng)為“金屬玻璃”的新型鋼材。在正常條件下,這種鋼材的硬度是常規(guī)鋼材的兩倍,而且具有抗腐蝕、有磁性以及強(qiáng)度高等特性。
從鐵器時(shí)代開(kāi)始,人類(lèi)就煉出了鋼。但一直到1855年才由英國(guó)工程師亨利·貝塞麥發(fā)明了批量生產(chǎn)鋼的方法:酸性底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。這種革命性的煉鋼法取得了驚人成功,于是世界上出現(xiàn)了埃菲爾鐵塔和橫跨河流的大鐵橋,出現(xiàn)了一個(gè)新的工業(yè)部門(mén)。
美國(guó)專(zhuān)家研究出來(lái)的鋼材具有的品質(zhì)與普通鋼材不同,其特殊之處在于結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)鋼材中的鐵原子和碳原子的排列是有序的,這些原子組成了許多小系統(tǒng),這些小系統(tǒng)又組成了大系統(tǒng)。這種組合有點(diǎn)象彩色墻紙的組合,彩色墻紙的組合可以反映人們的裝飾意圖。但問(wèn)題是,這樣組合的墻紙?jiān)谕鶋ι险迟N時(shí),卻往往會(huì)顯出不規(guī)則和偏差。結(jié)晶材料也是如此。連接兩個(gè)晶粒的能量低于凝聚一個(gè)晶粒的能量。于是兩個(gè)晶粒之間的間隙就形成了一個(gè)脆弱區(qū),斷裂和腐蝕就是從這里發(fā)生的。這是材料的真正弱點(diǎn)所在:一旦受到過(guò)大的外力,首先承受不了的就是結(jié)合部。人們周?chē)墓腆w(從食鹽到巖石)就是這樣。
新型建材—金屬玻璃則不會(huì)如此。在顯微鏡下,這種鋼材的結(jié)構(gòu)沒(méi)有規(guī)律性,各組成部分之間的聯(lián)系似乎很混亂。在常規(guī)鋼里加入鉻、鈷、鉬、鎂和硼,就可以得到一種新的、非晶質(zhì)的鋼。美國(guó)冶金化學(xué)研究中心的帕特里克·奧金指出:這是一種只有玻璃才具有的特點(diǎn)。所以人們稱(chēng)這種鋼材和其他非晶質(zhì)金屬為“金屬玻璃”。
在傳統(tǒng)玻璃中,獲得這種特性靠的是二氧化硅混合物的突然冷卻。由于突然冷卻,液體來(lái)不及結(jié)晶,于是原子便成無(wú)序排列狀態(tài)了。要生產(chǎn)出“金屬玻璃”,冷卻的速度需要更快:每秒鐘需降溫?cái)?shù)百萬(wàn)度。專(zhuān)家們采取的第一個(gè)辦法是將熔化的碳鐵合金倒在冷卻的銅輪上。隨著銅輪的轉(zhuǎn)動(dòng),銅輪上形成了薄薄一層碳鐵合金。由于很薄,所以這層碳鐵合金能被迅速冷卻,于是便得到了一種其結(jié)構(gòu)為非晶質(zhì)的材料。
但這樣生產(chǎn)的“金屬玻璃”在應(yīng)用方面有其局限性(目前主要用于生產(chǎn)電子元件)。用這么薄的金屬玻璃怎么能建造鋼柱或裝甲?于是美國(guó)和日本的一些科研小組開(kāi)始研究生產(chǎn)“大塊”非晶質(zhì)材料的方法。需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是:怎樣使“大塊”合金每秒鐘均勻冷卻數(shù)百萬(wàn)度?如果不能均勻冷卻,其中心部位就會(huì)冷卻較慢,從而形成結(jié)晶。一位名叫阿蘭.亞瓦里的冶金專(zhuān)家說(shuō):“冶金工作者們長(zhǎng)期以來(lái)一直在摸索,他們探索出在已經(jīng)很復(fù)雜的混合物中需加入的新物質(zhì)及其比例,以便降低液化溫度和推遲結(jié)晶時(shí)間。最后,美國(guó)專(zhuān)家
們發(fā)現(xiàn)金屬釔可以解決這個(gè)問(wèn)題:加入l.5%的釔可以使混合物的熔化溫度下降,這大大有助于生產(chǎn)非晶質(zhì)材料所需要的迅速降溫。
這種新的鋼材所具有的優(yōu)點(diǎn)使軍事界和體育界人士驚喜不已。對(duì)軍事部門(mén)來(lái)說(shuō),可以利用它生產(chǎn)防彈背心或裝甲,而這種防彈背心或裝甲不但不會(huì)被槍彈擊穿,還可以把槍彈反彈回去;對(duì)體育部門(mén)來(lái)說(shuō),可以利用它制作網(wǎng)球拍或高爾夫球桿。此外,由于這種鋼材的原子之間幾乎沒(méi)有間隙,氧氣無(wú)法滲入其中,因而不會(huì)被腐蝕。這在珠寶業(yè)也有重要用處。