物理所成功制备微纳米金属玻璃纤维

2010-12-17 23:00 来源: 中国科学院
795 收藏到BLOG

  最近,中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)汪卫华课题组易军等人发展了一种新的工艺方法,成功制备出金属玻璃纤维。相关结果发表在Adv Eng Mater 12, 1117 (2010)上。

  金属纤维和玻璃纤维不仅在工程应用和人们的日常生活中起着非常重要的作用(如玻璃光纤),在科研领域也引起了科学家们的广泛兴趣。工程金属材料由于不具有超塑性变形的能力,它的制备效率低而且能耗很高。由于玻璃在其过冷液相区具备超塑性变形的能力,所以能用高效率、低能耗的热塑性成型的方法制备出表面光滑且尺寸均匀的玻璃纤维。金属玻璃像普通玻璃一样在其过冷液相区也具备超塑性变形的能力。能不能利用制备玻璃纤维的热塑性成型法来制备金属玻璃纤维是目前大家关心的问题。国内外科学家在这方面做过很多尝试,但始终没有成功。其主要原因在于金属玻璃的过冷液相区没有普通玻璃的宽,其黏度随温度的变化速率极快,而且金属玻璃在过冷液相区很容易被氧化。所以制备玻璃纤维的热塑性成型条件很难控制。

  汪卫华课题组通过给金属玻璃预加一定的力,当金属玻璃被加热到过冷液相区的时候,其黏度会下降。当黏度下降到无法承受所施加的外力的时候,金属玻璃棒将进行超塑性变形,从而形成金属玻璃纤维。该方法可以制备出了一系列表面光滑度极高,尺寸均匀而且横截面圆整度高的微纳米尺度不同体系的金属玻璃纤维。获得的金属玻璃纤维尺寸从纳米到微米可控,所跨越的尺度范围是70纳米到数百微米。进一步的性能研究发现,金属玻璃纤维不仅具备金属玻璃的优异力学和功能特性,而且还克服了金属玻璃脆性这一限制其应用的致命缺点,如金属玻璃纤维柔韧性很好,可进行编织。由此可以预计金属玻璃纤维将在微纳机电系统、复合材料、功能织物、传感器等领域有广泛的应用。此外,当金属玻璃的尺寸小于这些特征尺寸的时候,其物理行为将跟宏观尺度金属玻璃的物理、力学行为大相径庭。这些表面光滑、尺寸可控、均匀和高圆整度横截面的微纳金属玻璃纤维是研究金属玻璃力学性能,形变机制以及玻璃转变等非晶物理中基本问题的模型材料。