美开发出可吹塑成型的合金材料

2011-3-03 10:33 来源: 中国科学院
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强度是普通钢材的两倍 加工成本同塑料一样便宜

  几十年来,科学家们一直试图找到或制造出这样一种材料,既能像塑料一样具有良好的可塑性和较低的加工成本,又能像钢一样具有很好的强度和耐久性。这并非不切实际的幻想,据美国物理学家组织网3月2日报道,日前美国耶鲁大学的科学家们已实现了这一目标。

  耶鲁大学材料学家简·施洛尔斯领导的一个研究小组证明,由他们制成的一种块体非晶合金(BMGs)材料能够像制作玻璃或塑料制品一样吹膜成型,且不会牺牲其原有的强度和耐久性。相关论文已在线发表在国际材料学著名期刊《今日材料》杂志上。

  据介绍,这种材料由包括锆、镍、钛和铜在内的多种金属构成。其材料成本与高端钢材大致相同,但加工成本却和塑料一样便宜。吹塑过程在低温低压下进行,此时这种非晶合金会逐渐软化,并能像融化的塑料一样流动,但又不会像普通的金属一样出现结晶现象,由此为后续的吹塑工作带来了前所未有的便捷。为了达到并保持理想的精度和温度,吹塑过程能在真空或液体中进行。

  施洛尔斯说,目前金属材料加工中面临的关键问题就是如何避免不必要的摩擦,而对于这种合金材料来说则完全不存在这个问题,借助吹塑工艺就可以制造出任意复杂形状的物体,最小可到纳米级。到目前为止,该团队已经用该材料制造出了无缝金属瓶、表壳等外形较为简单的物品和用于微机电系统(MEMS)的微型谐振器以及生物医学植入物等结构较为复杂的设备。这些材料的加工过程不到一分钟,但强度可以达到普通钢材的两倍。

  此外,通过吹塑法来加工块体非晶合金,该团队还将传统金属加工的三大步骤(成型、接缝、精加工)合为一步,从而免去此前繁琐、费时、耗能的加工程序,在时间上新工艺最短只需一分钟。

  “这可能成为金属加工的一种全新模式,”施洛尔斯说,“凭借其独特的性能,它将有望成为一种极具潜力的新型材料,就如同当年的合成塑料一样,在相关工业领域引发一场革命。”

  据了解,不久前苹果公司与拥有该项专利的液体金属科技公司签署协议,获准在消费电子领域使用这项技术。或许在未来的几年内我们就能用上由该材料制成的笔记本电脑和手机。