大塊無序金屬的設(shè)計以及高溫高壓誘導(dǎo)其結(jié)構(gòu)演變的研究.pdf

1、金屬玻璃是材料家族中相對較年輕的成員，由于其不同于傳統(tǒng)晶態(tài)合金材料的結(jié)構(gòu)，自從發(fā)現(xiàn)以來，一直成為人們研究的熱點問題。強(qiáng)玻璃形成能力的合金體系的開發(fā)以及強(qiáng)玻璃形成能力的原因一直是金屬玻璃研究的核心內(nèi)容之一;金屬玻璃獨特?zé)o方向性金屬鍵“無序”密堆結(jié)構(gòu)為研究非平衡態(tài)中的諸如非晶態(tài)轉(zhuǎn)變、玻璃結(jié)構(gòu)、玻璃轉(zhuǎn)變以及熔體過冷行為等一系列重大基礎(chǔ)問題提供了獨特的研究機(jī)會;另外，金屬玻璃一般由金屬熔體快速冷卻制備，所以金屬玻璃的結(jié)構(gòu)和性能也取決于熔體的結(jié)構(gòu)

2、，研究金屬熔體的結(jié)構(gòu)及其在變溫過程中的變化也一直是材料科學(xué)家和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的熱門課題。本論文的主要研究工作是圍繞強(qiáng)玻璃形成能力合金體系開發(fā)，金屬玻璃非晶態(tài)相變以及金屬熔體結(jié)構(gòu)變化這三個基礎(chǔ)科學(xué)問題展開，獲得以下主要結(jié)果:
　　(1)本文通過在ZrCuAgAl合金基礎(chǔ)上添加Be成分，并通過成分優(yōu)化，成功的開發(fā)出了一系列大尺寸的金屬玻璃材料，其中Zr46Cu30.14Ag8.36Al8Be7.5成分的最大臨界尺寸達(dá)到73 mm，是目

3、前世界上最大的通過銅模直接澆鑄方法得到的金屬玻璃。通過對其結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)等方面的研究發(fā)現(xiàn)Be含量的添加，抑制了原ZrCuAgAl四元合金的相分離，使得新的五元合金更加穩(wěn)定，同時小原子Be的添加使熔體結(jié)構(gòu)更加緊密，粘度增大，抑制了原子的長程遷移，降低形核率，從而提高玻璃形成能力，另外晶相和過冷液相之間相對較小的吉布斯自由能差也是其強(qiáng)玻璃形成能力的原因。同時對該合金體系進(jìn)行了詳細(xì)的力學(xué)、物理和化學(xué)性能的研究。
　　(2)通過原位高壓同步

4、輻射技術(shù)研究了Ca-Al金屬玻璃在高壓下的結(jié)構(gòu)變化，首次發(fā)現(xiàn)了在不含f電子的金屬玻璃中存在壓力誘導(dǎo)的非晶-非晶結(jié)構(gòu)變化，通過實驗與理論相結(jié)合，提出s、p電子向d軌道轉(zhuǎn)移是該金屬玻璃體系在高壓下發(fā)生相交的原因。進(jìn)一步對Ca72.7Al27.3金屬玻璃高壓下的電阻測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在壓力下該合金確實發(fā)生了一個電子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。并且通過與前人工作進(jìn)行比較，以及理論計算表明Ca72.7Al=金屬玻璃的輸運(yùn)性能在壓力下經(jīng)歷了從簡單金屬玻璃到類過渡元素金屬

5、玻璃的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步證實了Ca-Al金屬玻璃中s、p電子向d軌道轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。
　　(3)金屬熔體的結(jié)構(gòu)因為其在物質(zhì)的熔化、凝固、玻璃轉(zhuǎn)變等過程中扮演的重要角色而一直是材料領(lǐng)域、凝聚態(tài)物理領(lǐng)域研究的重點問題之一。本文通過先進(jìn)的原位高溫同步輻射技術(shù)，研究了Al、In、Sn、Zn四種單質(zhì)金屬熔體的結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，液體中的第一近鄰原子間距不是通常意義上的膨脹，反而是收縮的。通過系統(tǒng)的實驗和理論模擬研究，提出如果金屬液體結(jié)構(gòu)是由