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《Rare Metals 》孫劍飛等工作: 通過(guò)調(diào)控熔體狀態(tài)制備超穩(wěn)金屬玻璃

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-11-07  瀏覽次數(shù)：2664
在開(kāi)發(fā)高性能金屬玻璃時(shí)，提高其穩(wěn)定性來(lái)抵抗黏性流動(dòng)和結(jié)晶是一個(gè)主要目標(biāo)。氣相沉積或長(zhǎng)時(shí)間退火作為一種有效的方法，可以通過(guò)提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和初始晶化溫度來(lái)改善玻璃的穩(wěn)定性，這有助于超穩(wěn)定金屬玻璃的開(kāi)發(fā)。

日前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的孫劍飛教授課題組系統(tǒng)研究了不同熔體溫度對(duì)Cu47Ti34Zr11Ni8 (Vit101)and Cu50Zr50玻璃體系的結(jié)構(gòu)及性能的影響，揭示了熔體狀態(tài)對(duì)金屬玻璃結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性影響的機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Ultrastable metallic glass generated by modulation of melt state”為題在Rare Metals上發(fā)表。

研究人員通過(guò)調(diào)節(jié)淬火溫度，成功獲得了Cu基超穩(wěn)金屬玻璃，使晶化溫度增加了17 ~ 30 K。穩(wěn)定性的差異是由于淬火前熔體熱力學(xué)狀態(tài)的變化引起的，這改變了金屬玻璃的結(jié)構(gòu)。當(dāng)Tq高于液相溫度以上200度時(shí)，金屬玻璃在納米尺度上呈現(xiàn)多相分離結(jié)構(gòu)。值得注意的是，極高的Tq會(huì)導(dǎo)致玻璃化過(guò)程中氧化物的形成。當(dāng)熔體溫度降至液相溫度以上200度時(shí)，金屬玻璃只具有初級(jí)相分離結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)變化是Cu基合金熔體中液液相變的標(biāo)志，與類(lèi)Cu10Zr7團(tuán)簇的解離密切相關(guān)。在二次相分離過(guò)程中，富Cu析出相以液滴狀成核生長(zhǎng)，這些隨機(jī)分散的富Cu析出相延緩了晶核的形成，從而提高了金屬玻璃的熱穩(wěn)定性。然而，力學(xué)性能不受這些析出相的影響，而是與初相分離導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性有關(guān)。

在該項(xiàng)工作中，研究人員證明了調(diào)控淬火溫度也可以生成超穩(wěn)金屬玻璃。通過(guò)調(diào)節(jié)淬火溫度，金屬玻璃中可以獲得不同的相結(jié)構(gòu)，包括一次分離相、二次分離相以及納米氧化物。值得注意的是，由二次相分離產(chǎn)生的富銅亞穩(wěn)相在增強(qiáng)玻璃穩(wěn)定性方面起著關(guān)鍵作用。然而，玻璃穩(wěn)定性的增強(qiáng)對(duì)其機(jī)械性能的影響可以忽略不計(jì)。本研究表明，由液液相分離和液液相變導(dǎo)致的不同熔體熱力學(xué)狀態(tài)決定了玻璃中的結(jié)構(gòu)。本研究的結(jié)果將有助于超穩(wěn)塊體玻璃的發(fā)展。



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