金属玻璃中流变单元与力学性能的关系及其调控

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金属玻璃具有诸多优异的性能和极其广泛的应用潜力。但是,由于结构的复杂无序性,很难建立起金属玻璃准确的结构-性能关系。这导致对很多物理现象的本质认识不够深入,从而无法从结构上对金属玻璃的性能进行调控。  本文以金属玻璃结构非均匀性为前提,选取与金属玻璃诸多性质有内在关联的弹性模量作为研究对象,利用退火过程中模量弛豫和超声接触共振原子力显微镜技术,探索金属玻璃结构中的流变单元及其与力学性能的关联。试图从微观尺度上对金属玻璃的形变机制进行理解,为改善金属玻璃的力学性能提供一些线索。该研究的主要内容分为以下三个方面:  选取了玻璃形成能力和热稳定性较好的Vit105合金体系,在600 K(0.89 Tg)温度下进行退火。通过退火过程中的模量弛豫,对金属玻璃中流变单元的有效浓度进行了表征。并对流变单元与力学性能的关系进行了探讨。实验结果显示流变单元是金属玻璃的重要结构参量,其有效浓度决定着金属玻璃的力学性能,如硬度、塑性、泊松比等。  从流变单元的角度对金属玻璃中塑性泊松比准则进行了解释。发现金属玻璃的塑性与泊松比都与结构中流变单元的有效浓度密切相关。泊松比准则实际上反映了金属玻璃中流变单元浓度的不同。对于流变单元浓度较高的体系,表现为较大的泊松比,相应的塑性较高。该模型可以用来解释金属玻璃形变中的许多问题,如冷却速度、退火、外力作用引起的塑性变化等现象。该工作对于理解金属玻璃的形变机制,以及高塑性金属玻璃合金体系的开发具有一定意义。  基于上述结果,利用超声接触共振原子力显微镜技术,通过探针针尖与金属玻璃样品表面的共振,在外力的作用下,可以在金属玻璃中激活更多的流变单元。通过控制实验工艺,可以控制激活区域的大小、分布、激活区域流变单元的浓度等参数。这为我们调控金属玻璃的结构,改善金属玻璃的性质,推广金属玻璃的应用提供了参考信息。
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