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chl5063木蟲 (著名寫手)
流浪在小木蟲
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[交流]
金屬玻璃的微觀尺度拉伸塑性研究取得新進(jìn)展
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沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室固體原子像研究部隋曼齡研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究組及其沈陽界面材料中心的合作者，近來發(fā)現(xiàn)小尺寸金屬玻璃具有良好拉伸塑性，這不僅有助于深入理解金屬玻璃室溫形變的本質(zhì)，也揭示了金屬玻璃在薄膜和微器件上的潛在應(yīng)用價(jià)值。這項(xiàng)工作已于8月19日在線發(fā)表于《自然—材料》雜志，見H. Guo, et al., Nature Materials, Published online: 19 August 2007; doi:10.1038/nmat1984。 與相應(yīng)的晶態(tài)金屬材料相比，金屬玻璃具有高強(qiáng)度、高彈性極限和優(yōu)異的耐腐蝕性等特點(diǎn)。但由于塊體金屬玻璃在室溫條件下的拉伸塑性幾乎為零，壓縮塑性常常低于3%，因而限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。金屬玻璃在室溫加載時(shí)通常發(fā)生嚴(yán)重的局域剪切形變，即形變僅僅集中在數(shù)量很少、寬度只有幾十納米的剪切帶中；而且剪切帶一旦形成即迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致樣品在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生災(zāi)難性脆性斷裂。然而，值得注意的是，盡管金屬玻璃呈現(xiàn)宏觀脆性，但在微觀尺度下單個(gè)剪切帶內(nèi)的局域剪切應(yīng)變卻可以達(dá)到102%-103%。近年來大量的小尺寸晶體樣品壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對于宏觀樣品，微米級(jí)晶體材料強(qiáng)度和塑性得到大幅度提高，表現(xiàn)出明顯的樣品尺寸效應(yīng)。對于金屬玻璃尺寸效應(yīng)的研究目前也倍受關(guān)注。但是，由于實(shí)驗(yàn)上的困難，小尺寸金屬玻璃試樣的拉伸性能至今尚未被認(rèn)知。 近日，隋曼齡研究組及其合作者，通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用聚焦離子束（FIB）加工技術(shù)成功地制備出100 nm尺度的單相金屬玻璃的單軸拉伸試樣，并利用電鏡樣品拉伸臺(tái)在透射電鏡（TEM）中進(jìn)行室溫原位拉伸實(shí)驗(yàn)。材料選擇為典型的Zr52.5Cu17.9Al10Ni14.6Ti5塊體金屬玻璃（其宏觀樣品的室溫拉伸塑性為零，壓縮塑性為1%）。動(dòng)態(tài)觀察研究發(fā)現(xiàn)：在應(yīng)變速率約為10-4s-1條件下，單相金屬玻璃呈現(xiàn)出與韌性材料相似的均勻延伸、頸縮或不失穩(wěn)剪切形變行為，100 nm尺度的拉伸應(yīng)變可達(dá)23%-45%，斷面收縮率可達(dá)80%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與大尺寸金屬玻璃室溫下災(zāi)難性瞬間斷裂不同，微觀尺度樣品不僅表現(xiàn)出穩(wěn)定可控的形變行為，而且具有良好的拉伸塑性。小尺寸金屬玻璃具有良好拉伸塑性的發(fā)現(xiàn)，不僅有助于深入理解金屬玻璃室溫形變的本質(zhì)，也揭示了金屬玻璃在薄膜和微器件上的潛在應(yīng)用價(jià)值。 原位拉伸實(shí)驗(yàn)過程中樣品在不同形變量時(shí)的TEM形貌像視頻截圖。 （a）表面加工質(zhì)量較高的樣品在均勻形變后剪切斷裂； （b）有表面的加工缺陷（如箭頭所示）的樣品在缺陷處發(fā)生頸縮斷裂 [ Last edited by luo.henry on 2008-5-17 at 11:29 ] |
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