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华裔科学家研发成功“金属玻璃”

信息来源:glasseasy.com  时间:2004-10-22  浏览次数:1248

  一种新型“金属玻璃”日前在美国橡树岭国家实验室研制成功。这个在科学界引起轰动的成果,出自两名华裔科学家之手。??? 该实验室负责这项研究的华裔科学家吕昭平先生。他详细介绍了这种新型非晶态钢材的元素和特性。??? 要了解“金属玻璃”,首先得了解什么是金属,什么是玻璃以及两者的差别。金属在从液态冷却凝固的过程中有确定的凝固点,原子按一定的规律排列,形成晶体;而玻璃从液态到固态是连续变动的,没有明确的分界线,即没有固定凝固点。
  因此,金属是一种典型的晶体材料,它的许多特性是由其内部晶体结构决定的;而玻璃却是一种非晶体材料,固态玻璃和液态玻璃内部原子呈无序排列。??? 1960年,美国科学家皮·杜威等首先发现某些液态贵金属合金(如金—硅合金)在冷却速度非常快的情况下,当金属内部的原子来不及“理顺”位置,仍处于无序状态时,便马上凝固了,成为非晶态金属。这些非晶态金属具有类似玻璃的某些结构特征,故称为“金属玻璃”。一开始,这种金属玻璃大都是很薄的带状材料,应用受到限制。20世纪80年代,随着“块体金属玻璃”的问世(直径达到毫米级),非晶态金属的应用才有所推广。??? 块体金属玻璃虽然是种难得的好材料,但它们主要是以锆或铂等作为主要元素机体,成本非常高。
  材料科学家们20年来一直在寻找便宜的大块金属玻璃,直到现在才取得突破性进展。目前他们研究出来的这代金属玻璃,以50%的铁,加上钼、钇、锰、碳、硼、铬和钴等化学元素,混合而成。其突破在于:首先是在技术上,合金的玻璃形成能力大为增强。与过去相比,钇的加入使材料形成非晶态能力大大增强,合金材料的冷却速度放慢了许多;其次,合成材料用的铁等其他元素都比较便宜,所以成本较低;三是产品的尺寸比过去大,过去金属玻璃棒直径只能以毫米计算,现在可以达到1.2厘米。更主要的是,通过他们对此种非晶态合金形成机理的详细研究,人们对此类材料的制备、形成能力以及所涉及的凝固过程都有了进一步的认识。
  这种新型金属玻璃最主要特点和优势是:硬度是常规钢材的两倍;由于它内在组合没有缝隙,所以有很强的抗腐蚀能力,不变质,重量轻;在一定的温度下有很高的柔性,它可以像泥巴一样,任你怎么捏都可以,但完全冷却后又非常坚硬。其不足之处是韧性不够理想。??? 对于此类材料的用途,吕昭平认为非常广泛。由于它的超常坚硬,在军事上可以用于制造枪炮子弹、导弹和装甲车等。在体育上,适合于许多体育用品。比如用在高尔夫球杆上,就可以有更大的反弹力,使球能打得很远。它也可以用在电脑和手机的外壳上,轻便、美观、坚硬。它的性能和特点更为许多珠宝商带来商机
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