金属玻璃

金属玻璃

发布时间： 2011-08-10  |  

    金属玻璃又称非晶态合金，它既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的弊病。如玻璃易碎，没有延展性，金属玻璃的强度却高于钢，硬度超过高硬工具钢，且具有一定的韧性和刚性，所以人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。

 

    金属玻璃又称非晶态合金，它既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的弊病。如玻璃易碎，没有延展性，金属玻璃的强度却高于钢，硬度超过高硬工具钢，且具有一定的韧性和刚性，所以人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。

 

 

目录

1.简介

2.生产工艺

3.发展简史

4.成分结构

 

简介

在大多数人想到玻璃时，玻璃板的概念便迅速跃人我们的脑海中。但在一定的条件下，金属也能做成玻璃，例如:这种玻璃可作为电力变压器和高尔夫球棍的理想材料。巴尔的摩港，约翰斯·霍普金斯(Johns Hopkins)大学研究员Todd C. Hufnagel正在研究一种生产超强，富有弹性和磁性特点的金属玻璃的方法。Hufnagel希望了解，金属玻璃形成时，发生溶化金属冷却成固体时的金相转变。 　　

对科学家来讲，玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。大多数金属冷却时就结晶，原子排列成有规则的形式称作晶格。如果不发生结晶并且原子依然排列不规则，就形成金属玻璃。 　　

不象玻璃板，金属玻璃不透明或者不发脆，它们罕见的原子结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。普通金属由于它们晶格的缺陷而容易变形或弯曲导致永久性地失形。对比之下，金属玻璃在变形后更容易弹回至它的初始形状。缺乏结晶的缺陷使得原铁水的金属玻璃成立有效的磁性材料。

生产工艺

在国家科学基金和美国军队研究总局的支助下，Hufnagel已建立了试验新合金的实验室。他试图创建一种在高温下将依然为固体并不结晶的合金金属玻璃，使它能成为发动机零件有用的材料。该材料也可用于穿甲炮弹等军事场合。不象大多数结晶金属炮弹，在冲击后从平的形状变为蘑菇形状，Hufnagel相信；金属玻璃弹头的各边将转向并给出最好穿透力的削尖射弹。 　　

制造厚的、笨重形状的金属玻璃是困难的，因为大多数金属在冷却时会突然出现结晶现象，制造玻璃，金属必会变硬，因为晶格成形时会改变，从纯金属——诸如铜、镍去创建玻璃，它将以每秒钟一万亿摄氏度的速率下冷却。

发展简史

在1950年，冶金学家学会了通过混入一定量的金属——诸如镍和锆一去显出结晶体。当合金的薄层在每秒一百万摄氏度的速率下冷却时，它们形成金属玻璃。但因为要求迅速冷却，它们只能制造成很薄的条状物、导线或粉末。 　　

最近，科学家通过混合四到五种不同大小原子的元素，去形成诸如条状的多种多样的金属玻璃。变化原子大小使它混合而形成玻璃从而变得更韧。这些新合金的用途之一是在商业上用来制造高尔夫球棍的头。

成分结构

大部分的金属在冷却时都会结晶，把它们的原子排列成有规则的图案，叫做格构 (lattice)。但如果结晶不出现，原子便会随机排列(random arrangement)，成为金属玻璃 (metallic glass)。 　　

普通玻璃的原子也是随机排列，但它不是金属。金属玻璃并不透明，它拥有独特的机械 (mechanical)和磁性(magnetic)特质，不易破碎和不易变形 (deform)。它是制造变压器、高尔夫球棒和其他产品的理想物料。 　　

目前生产的金属玻璃是较薄和较细的，因为金属冷却时很快便会结晶，所以需要非常快的冷冻。美国约翰斯鹤健士大学(John Hopkins University)的研究员何纳乔(Todd Hufnagel)，正研究如何生产有超级强力、弹力和磁力特质，但是较为大块的金属玻璃。这种新的金属会保持固体而不会在高温下结晶，这将会适于制造引擎零件及军用武 器。 　　

用铁造的金属玻璃是很好的磁性物质，而且由于加热后便变得柔软，容易铸造成不同形状的制成品。 　　

图中所见是何纳乔利用感应熔炉 (induction furnace) ，很快地将金属混合物溶化，变为金属玻璃 。

 

(科技日报)