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chl5063木虫 (著名写手)
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金属玻璃的微观尺度拉伸塑性研究取得新进展
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沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部隋曼龄研究员领导的研究组及其沈阳界面材料中心的合作者，近来发现小尺寸金属玻璃具有良好拉伸塑性，这不仅有助于深入理解金属玻璃室温形变的本质，也揭示了金属玻璃在薄膜和微器件上的潜在应用价值。这项工作已于8月19日在线发表于《自然—材料》杂志，见H. Guo, et al., Nature Materials, Published online: 19 August 2007; doi:10.1038/nmat1984。 与相应的晶态金属材料相比，金属玻璃具有高强度、高弹性极限和优异的耐腐蚀性等特点。但由于块体金属玻璃在室温条件下的拉伸塑性几乎为零，压缩塑性常常低于3%，因而限制了其作为结构材料的应用。金属玻璃在室温加载时通常发生严重的局域剪切形变，即形变仅仅集中在数量很少、宽度只有几十纳米的剪切带中；而且剪切带一旦形成即迅速扩展，导致样品在很短时间内发生灾难性脆性断裂。然而，值得注意的是，尽管金属玻璃呈现宏观脆性，但在微观尺度下单个剪切带内的局域剪切应变却可以达到102%-103%。近年来大量的小尺寸晶体样品压缩实验结果表明，相对于宏观样品，微米级晶体材料强度和塑性得到大幅度提高，表现出明显的样品尺寸效应。对于金属玻璃尺寸效应的研究目前也倍受关注。但是，由于实验上的困难，小尺寸金属玻璃试样的拉伸性能至今尚未被认知。 近日，隋曼龄研究组及其合作者，通过巧妙的实验设计，利用聚焦离子束（FIB）加工技术成功地制备出100 nm尺度的单相金属玻璃的单轴拉伸试样，并利用电镜样品拉伸台在透射电镜（TEM）中进行室温原位拉伸实验。材料选择为典型的Zr52.5Cu17.9Al10Ni14.6Ti5块体金属玻璃（其宏观样品的室温拉伸塑性为零，压缩塑性为1%）。动态观察研究发现：在应变速率约为10-4s-1条件下，单相金属玻璃呈现出与韧性材料相似的均匀延伸、颈缩或不失稳剪切形变行为，100 nm尺度的拉伸应变可达23%-45%，断面收缩率可达80%。实验结果表明，与大尺寸金属玻璃室温下灾难性瞬间断裂不同，微观尺度样品不仅表现出稳定可控的形变行为，而且具有良好的拉伸塑性。小尺寸金属玻璃具有良好拉伸塑性的发现，不仅有助于深入理解金属玻璃室温形变的本质，也揭示了金属玻璃在薄膜和微器件上的潜在应用价值。 原位拉伸实验过程中样品在不同形变量时的TEM形貌像视频截图。 （a）表面加工质量较高的样品在均匀形变后剪切断裂； （b）有表面的加工缺陷（如箭头所示）的样品在缺陷处发生颈缩断裂 [ Last edited by luo.henry on 2008-5-17 at 11:29 ] |
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