什么是金属玻璃
金属玻璃及其研究新进展
韧性
金属玻璃具有较好的韧性 和延展性，可以在低温或 冲击环境下保持较好的机 械性能。
强度
金属玻璃具有较高的强度 和抗拉性能，可以用于制 造需要承受较大载荷的零 件。
物理性能
导电性
01
金属玻璃具有较好的导电性，可以用于制造导电材料和电子元
件。
热稳定性
02
金属玻璃具有较好的热稳定性，可以在高温环境下保持较好的
金属玻璃的塑性与形变研究
塑性行为
研究金属玻璃在受到外力作用时的塑性行为，包括屈服强度、应变硬化、断裂韧性等，以揭示其塑性变形的微观 机制。
形变机理
通过实验和模拟手段，深入探究金属玻璃在形变过程中的原子结构变化、应力场分布和能量耗散机制，为优化金 属玻璃的力学性能提供理论支持。
金属玻璃中的原子结构与动力学研究
机械合金化是通过球磨等机械手段将金属粉末混合并研磨，使其在剧烈的机械力作用下 形成非晶态结构。化学气相沉积是通过化学反应的方式在金属表面形成非晶态薄膜。这
些方法在某些特殊情况下具有应用价值，但制备出的金属玻璃性能和规模相对有限。
03
金属玻璃的性能研究
力学性能
硬度
金属玻璃具有较高的硬度 和耐磨性，使其在制造耐 磨和耐腐蚀的零件方面具 有广泛应用。
04
金属玻璃研究的新进展
高性能金属玻璃的研发
高强度金属玻璃
通过优化成分和制备工艺，开发出具 有高强度、高韧性和优异耐腐蚀性能 的新型金属玻璃材料，用于航空航天、 汽车和石油化工等领域。
高导电金属玻璃
通过引入特定元素，提高金属玻璃的 导电性能，使其在电子器件、电磁屏 蔽和传感器等领域具有广阔的应用前 景。
汽车工业
金属玻璃在汽车制造中用 于制造高性能的发动机部 件和车身结构。
金属玻璃和非晶合金导论
这句话对非晶合金进行了定义，并描述了其原子排列的特点。非晶合金在许多 方面都具有优异的性能，比如高强度、高硬度、优良的耐腐蚀性能等。
“金属玻璃和非晶合金的主要区别在于它们的原子排列和制备方法。”
这句话指出了金属玻璃和非晶合金之间的主要差异，引导读者了解这两种材料 的内在区别。
“金属玻璃和非晶合金在许多工程应用中都表现出优异的性能。”
第三部分，性能与应用。这部分内容详细介绍了金属玻璃和非晶合金的各种性 能，包括力学性能、物理性能、化学性能等。同时，还详细介绍了金属玻璃和 非晶合金在各个领域的应用，包括航空航天、汽车、生物医学等。这部分内容 为读者提供了理解金属玻璃和非晶合金性能和应用的重要参考。
第四部分，前景展望。这部分内容主要介绍了金属玻璃和非晶合金在未来科技 领域的应用前景和挑战。这部分内容为读者提供了理解金属玻璃和非晶合金未 来发展方向的重要参考。
这句话强调了金属玻璃和非晶合金的重要性和广泛应用，激发了读者对这些材 料应用的兴趣。
“金属玻璃和非晶合金的研究不仅对材料科学有重要意义，而且对物理学、化 学、工程学等其他学科也有深远的影响。”
这句话展示了金属玻璃和非晶合金研究的广泛价值，引导读者认识到这个领域 的重要性和潜力。
阅读感受
在我对材料科学和物理学的探索中，一本独特的书籍引起了我的注意，那就是 《金属玻璃和非晶合金导论》。这是由著名材料科学家张志刚教授所著，从其 丰富的学术背景和经验中，为读者打开了一扇通往金属玻璃和非晶合金世界的 门户。
内容摘要
本书还详细讨论了金属玻璃的机械性能。金属玻璃具有高强度、高硬度和良好的耐磨性，这些性 能使其在许多领域中具有潜在的应用价值。本书还讨论了金属玻璃的疲劳性能和断裂韧性，以及 如何通过优化制备工艺和成分来改善这些性能。 除了物理和机械性能外，本书还介绍了金属玻璃的应用领域。金属玻璃在许多领域中都有广泛的 应用，如航空航天、汽车、电子和生物医学等。例如，金属玻璃可用于制造高性能的电子器件和 耐腐蚀的汽车零部件，以及用于生物材料的表面改性。 本书讨论了非晶合金的概念和性能。非晶合金是一种新型材料，具有优异的机械性能和耐腐蚀性。 与金属玻璃不同，非晶合金具有完全非晶态的结构，这使得它们在某些方面具有更高的性能。例 如，非晶合金具有更高的强度和硬度，以及更好的耐腐蚀性和耐磨性。 《金属玻璃和非晶合金导论》是一本全面介绍金属玻璃和非晶合金的书籍。
金属玻璃
如果用金属玻璃来代替变压器中 的硅钢片，可使变压器的空载损耗 减小2/3。照此推算，如果全国都 采用全属玻璃铁芯，每年可节电 100亿千瓦时，合50亿人民币。
• 经过多年攻关，我国科
学家今年在金属玻璃的制备 和机理研究上获得一系列重 大进展，并成功制备出用于 卫星太阳能电池等伸展机构 的金属玻璃材料。除了用于 卫星太阳能电池，科学家还 将金属玻璃粉体用于润滑等 领域，利用其高硬度、高弹 性、低摩擦系数等特性，提 高了润滑油的性能。（2011 年08月08日 扬子晚报 ）
• 金属玻璃也有缺陷
• 在室温拉伸载荷作用下，金属玻 璃块体材料几乎没有宏观塑性， 这成为其作为结构材料应用的瓶 颈。通常，在室温加载时，金属 玻璃发生高度局域化的剪切形变， 即形变集中于数量很少、宽度只 有几十纳米的剪切带内；而且剪 切带一旦形成便迅速扩展，导致 材料瞬间发生灾难性断裂。尽管 金属玻璃呈现宏观脆性，但在微 观尺度下单一剪切带内的局域剪 切应变却可以达到100%～1000%。
如何解决这一问题？
• 与宏观尺寸金属玻璃的室温形变与断 裂行为截然不同，微观尺度的样品不 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 璃可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。
谢谢
• 美科学家发明超强可 塑性金属玻璃比钢铁 更牢固
何纳乔利用感应熔炉 ，很快地将金属混合物溶化 变为金属玻璃
金属玻璃的用途
• 金属玻璃特殊的微结构使其具有许多普通晶态材 料所不具备的优良的学、化学及物理性能，使 之在机械、通讯、航空航天、汽车工业、化学工 业、运动器材乃至国防军事上都具有广泛的应用 潜力。
• 由于金属玻璃的低摩擦、高强度和搞磨损等特殊 性能，使它将在未来的太空探索中发挥着重要的 作用
玻璃金属与金属玻璃
金属玻璃简介（1）
金属玻璃又称非晶态合金, 它既有金属和玻璃的优点, 又克服了它们各自 的弊病．如玻璃易碎, 没有延展性．金属玻璃的强度却高于钢, 硬度超过高硬
工具钢, 且具有一定的韧性和刚性, 所以, 人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸
不烂”的“玻璃之王”。 1960年美国加州大学的波尔-迪维Duwer教授等人首先采用熔体急冷法制得 Au-Si系非晶态合金。
找便宜的大块金属玻璃，直到现在才取得突破性进展。 目前他们研究出来的这代
金属玻璃以50％的铁，加上钼、钇、锰、碳、硼、铬和钴等化学元素，混合而成。 其突破在于：首先是在技术上，合金的玻璃形成能力大为增强。还有诸如性能改 善的研究：大块金属玻璃基复合材料制备技术研究进展等。
金属玻璃开发现状（2）
日本产业技术综合研究所（产综研）永续材料研究部门日前开发出一种利 用电压振动力，不需像过去制作金属玻璃那样进行快速冷却，即可造出金属玻
在这些球体的本来以很小的空隙之中再填入第二种材料。最后用盐酸把球体溶解。得到的 产物是一种固体，里面充满着紧紧堆叠在一起的圆孔，这样固体的75%是空的。由于圆孔之 间的间隔比可见光的波长（400-700nmn）要短得多，所以这种材料只是有一点点散光，换
句话说，他们是透明的。
尽管这种方法是用来制造多孔聚合物的，但是宾夕法尼亚大学的托马斯-马洛克及其同 事一直试验金属及其他材料，他们目前制出的透明金属是带颜色的，像淡云玻璃。美国赖 斯大学的维基-科尔文也在使用类似的方法研制多孔金属。科尔文博士说按照孔径大小制成 的金属有的像彩色烟玻璃，有的像半透明的猫眼石，颜色取决于微小的表面特性，而不是 颜料。(来源于《金属世界》》2010年第6期）
金属玻璃的优势及应用（1）
据悉，苹果公司拥有的几项机壳制造专利中都有金属玻璃的相关描述，而 且，该公司还与美国制造销售金属玻璃的厂商Liquidmetal Technology签署了 使用后者知识产权的协议。 但苹果在即将上市的产品机壳上大面积使用金属玻璃的可能性很小。即便 会使用，估计也只限于固定机壳的卡口及铰链部分等强度要求较高的部分。 美感之一在于可轻松利用表面张力形成自然的造型。由液体状态变成固体 时，普通金属的分子排列会发生变化，因此会急剧收缩并产生皱褶。但金属玻 璃从液体状态变成固体时，分子排列不会发生变化，并会保持液体特有的表面 张力（下图）。如果能够开发出利用这种特性的成型方法，便可直接将自然界
金属玻璃及其复合材料的剪切变形与破坏
剪切变形的定义与分类
剪切变形定义
剪切变形是指物体在剪切力作用下发生的形状变化。
剪切变形分类
根据剪切力的作用方式和变形特点，剪切变形可分为简单剪切、纯剪切、平面剪切和扭转剪切等。
剪切变形的物理机制
弹性变形
在弹性范围内，剪切变形主要依靠材料的弹性性质进行恢复。
塑性变形
当剪切力超过材料的弹性极限时，材料会发生塑性变形，这种变形是不可恢复的。
实验设备与方法
试样制备
采用不同的制备方法，如熔融法、溅 射法等，制备金属玻璃和复合材料试 样。
实验设备
实验方法
在恒温、恒应变速率条件下进行剪切 试验，记录试样的变形和破坏过程， 并采用显微镜和SEM等设备对试样进 行观察和分析。
包括剪切试验机、显微镜、扫描电子 显微镜（SEM）等设备，用于观察和 分析试样的变形和破坏行为。
最大剪应力准则
总结词
最大剪应力准则是一种描述材料剪切破坏的准则，认为材料在剪切作用下达到最大剪应 力时发生破坏。
详细描述
该准则基于材料的剪切强度和应力-应变曲线，通过计算剪切应力与屈服应力的比值来 确定材料的破坏。对于金属玻璃和复合材料，该准则可以预测材料在剪切变形下的破坏
行为。
最大伸长应变准则
剪切模量
在应力-应变曲线上，剪切模量是材料 在剪切方向上抵抗变形的能力。金属 玻璃的剪切模量通常比传统金属材料 低。
金属玻璃的剪切模量与泊松比
剪切模量
金属玻璃的剪切模量通常低于传统金属材料，这与其非晶态结构和长程无序的 原子排列有关。
泊松比
泊松比是描述材料在拉伸或压缩时横向收缩或膨胀的能力的参数。金属玻璃的 泊松比通常比传统金属材料高，这与其非晶态结构和长程无序的原子排列有关 。
金属玻璃的结构特点及其对力学行为的影响
金属玻璃的结构特点及其对力学行为的影响金属玻璃，亦名非晶态合金、玻璃态合金，不仅集金属和玻璃的优点于一身，还克服了它们各自的弊病[1]。
该类材料是将熔融的母材以＞106℃/s的速度急速冷却而成，其原子在凝固过程中的排列来不及有序化，故形成了长程无序的非晶状态，与通常情况中具有周期性和对称性原子排布的金属晶体材料不同，因而称之为“非晶合金”[2]。
又由于这种原子排列与玻璃等传统非晶材料类似，所以也叫“金属玻璃”。
其强度高于钢，硬度超过高硬度工具钢，且具有一定的韧性和刚性。
因此人们赞誉其为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”[1]。
1962年[3]，杜韦兹发明了快速凝固技术，从Au-Si合金熔体中首次制备出了非晶合金，非晶概念才开始与固态金属与合金联系在一起。
今天，随着更多金属玻璃及其独特性能的发现，此类物质已然成为了一种重要的功能材料[1]。
那么，非晶态合金的微观结构究竟是什么样，使其能有如此特殊的性能？这些结构上的特点又是如何影响其力学性能和力学行为的呢？下面本文就来回答这些问题。
金属玻璃的微观结构介于有序和无序之间：原子在三维空间排列没有规律性，这种特点称为远程无序；然而，局部区域可能存在规则排列，这类现象叫做近程有序。
在短程有序区域中，质点排布与晶体相似，但此类区域是高度分散的。
实际上，非晶合金的原子排列近似于液体，但它与液体又有不同：一方面，液体中原子极易滑动，粘滞系数很小，而金属玻璃中原子无法滑动，粘滞系数约为液体的1014倍，具有相当大的刚性与固定形状；另一方面，液体中质点随机排列，除局部结构起伏外，几乎是一团乱麻，而非晶合金中原子排布虽也无序，但并非完全混乱，而是破坏了长程有序的周期性和平移对称性，形成了一种有缺陷的、不完整的有序，即最近邻或局域近程有序（在小于几个原子间距的区域内保持位形和组分的某些有序特征，而在这些区域外便不存在长程有序的点阵排布了。
通常情况下，金属玻璃的短程有序区＜1.5nm，即不超过4～5个原子间距[2]。
大块金属玻璃
二、大块金属玻璃特点
大块金属玻璃在导电性，强度，导热性方面具有金 属的特性，但在原子排列上却又类似于玻璃的原子 一样呈无序排列。大块金属玻璃具有很高的强度、 硬度、弹性、刚性和优异磁学、耐腐蚀、耐磨损性 能等，它可以经受180°弯曲而不断裂，断裂韧性 值可达到钢的5倍。
三、大块金属玻璃的应用
大块金属玻璃
Bulk metall义
大块金属玻璃是一种具有较低冷却速度极限的非晶 态金属 , 非晶态金属是指在原子尺度上结构无序的 一种金属材料.大部分金属材料具有很高的有序结构， 原子呈现周期性排列，表现为平移对称性，或者是 旋转对称，镜面对称，角对称等。而与此相反，非 晶态金属不具有任何的长程有序结构，但具有短程 有序和中程有序 。
大块金属玻璃主要包括：高 比重高性Zr 基大块金属玻 璃及其纤维增强复合材料； 基超强大块金属玻璃或纳米 晶合金；Zr基、Al 基或 Fe 基大块金属玻璃耐磨、耐蚀 轴承套环状零件制造技术； 大块金属玻璃合金设计的 “多元短程序畴过冷”设计 软件。
基于大块金属玻璃具有良好 的力学、化学及物理性能, 而且逐渐突破了尺寸的限制 ,使之能制作成机械结构材 料、精密光学材料、模具材 料、耐腐蚀材 料、储氢材 料、软磁和硬磁材料,应用 于机械、电子、航天、汽车、 化工、军事等多领域。
谢 谢
热处理中的金属玻璃热处理技术
热处理中的金属玻璃热处理技术热处理是一种对金属进行改性和改良的技术，旨在提高金属的性能。
在热处理技术中，金属玻璃热处理技术是比较新颖的技术，它在改善金属结构和性能方面有较好的表现。
金属玻璃是一种非晶态金属，其结构杂乱无序，不存在晶体结构，具有优良的物理、化学和力学性能。
其最初被用于制作磁性材料，但后来发现，它可以用于热处理技术中。
金属玻璃热处理技术主要是通过加热和快速冷却来改变材料的结构和性质。
这是因为当金属加热至一定温度时，其结构会发生改变，原子和分子之间的运动将变得更为频繁，但当这些金属迅速冷却时，它们的分子结构会被禁锢在一种短暂的无序状态中。
这种状态可以被认为是一种不如晶体结构稳定的状态。
这就为材料的机械性能、耐腐蚀性、耐热性和磁性提供了很大的改善余地。
金属玻璃热处理技术最初应用于铝合金中，因为铝合金具有较大的应力应变曲线，可以完美地展现出这种技术的优越性。
后来，这种技术被应用于其他金属材料，如镁、钛、钢等。
在这种技术中，首先要确定材料的加热温度和保温时间。
这个确定过程需要考虑到材料的特性，如冷却速度、化学成分、晶体缺陷等。
在材料加热时，要确保它达到适当的温度范围，以使其处于之前提到过的无序状态，这将使材料具有更高的抗压强度和硬度。
确定加热时间是一项复杂的任务，需要权衡不同变化因素之间的关系。
一般情况下，加热时间越长，材料的结构和性能越完美。
但是，如果加热时间过长，这将导致材料析出，从而降低其性能。
在加热完成后，材料需要快速冷却以实现结构的玻璃化。
快速冷却可以通过多种途径来实现。
常见的方式包括水淬、油淬、盐浴淬等。
在选择合适的冷却介质时，必须考虑初始温度、材料的化学成分、冷却介质的热性、淬火介质的化学特性等因素。
如果将介质温度进行控制，则金属玻璃的热处理过程可以实现优化，以便我们在制品中获得想要的性能和表现。
通过这种创新的技术，人们可以利用无序晶体的特性，实现物质的改进和升级，为材料的应用开辟新的前景。
金属玻璃及其研究新进展
高分辨透射电子显微镜拍摄得到的照片
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主要物理特性
不象玻璃，一般不透明
机械性能(mechanical)：高强度、高硬度、耐摩擦和高弹
性，不易破碎和不易变形 (deform)
软磁性(magnetic)
耐腐蚀性
广泛应用：
(a) Zr基块体金属玻璃制造的商 业化高尔夫球头;
(b) 用块体金属玻璃制备的手机 的外壳;
注：块体金属玻璃(bulkmetallicglass)通常是指3维尺寸都在毫米以上的金属 玻璃。
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块体金属玻璃材料
我国在这方面处于领先地 位：
典型大块金属玻璃样品： (a)Mg-Cu-Y 金属玻璃； (b)直径超过 70 mm 的 金属玻璃棒；(c)公斤级 别的Zr-Ti-Cu-Ni-Be 金 属玻璃；(d)中国科学院 物理研究所制备的金属 玻璃。
中国科学院物理研究所研制的大块金属玻璃的照片
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金属玻璃（metallic-glasses）
金属玻璃是金属吗？
大部分金属玻璃体系都是由100%金属组成的合金，比如Cu, Zr, Al, Fe, Co, Ni, Mg,Zn, Ca, Yb, Ce等。但是也有好多体系包含非金属（或类金属）元素，比 如Si，C, P，B等，含量可能达到20 at.%以上。但是金属玻璃都是导电的，电阻 率比普通金属高1~2个数量级，具体和成分以及制备条件相关。
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1.甩带法
甩带法是制备金属玻璃条带最常用的方法之一 • 工艺流程
I. 首先将破碎并清洗后的母合金在高真空氩气保护 气氛下感应加热熔化。
II. 利用惰性气体将合金液体喷射到高速旋转的铜辊 上，合金液遇到铜辊将迅速凝固并借助离心力抛 离辊面，得到连续薄带。
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金属玻璃的力学性能与应用
金属玻璃的力学性能与应用咱先来说说啥是金属玻璃哈。
金属玻璃这东西，听起来好像挺玄乎，但其实在咱们生活里的好多地方都有它的身影呢。
就拿我前段时间的一个经历来说吧。
我有个朋友是个汽车迷，有一天他兴奋地跟我说，他发现现在有些高端汽车的零部件用上了一种新奇的材料，让车子的性能那是蹭蹭往上涨。
我好奇地问他到底是啥，他神秘兮兮地说：“就是金属玻璃！”这可把我给惊到了，原来这金属玻璃已经走进了汽车领域。
那金属玻璃到底有啥特别的力学性能，能让汽车都变得更厉害了呢？金属玻璃的强度那可真是没得说。
一般的金属材料，在受到外力的时候，内部的原子结构会发生滑移和变形，可金属玻璃不会。
它的原子排列是无序的，就像一群没有指挥的士兵，但偏偏就是这种无序，让它能够承受巨大的压力和拉力。
打个比方，就像是一堆乱麻，你使劲儿拽，反而很难拽断。
它的硬度也相当出色。
拿普通的金属和金属玻璃来做个比较，你用同样的力气去划它们，普通金属可能早就出现划痕了，而金属玻璃还能保持完好无损。
这要是用在一些需要耐磨的地方，比如刀具的刃口，那可真是太合适不过了。
还有啊，金属玻璃的弹性也很棒。
你把它弯曲一下，它能迅速恢复原状，就跟个有超强记忆的弹簧似的。
这种弹性性能在一些需要反复变形的场合，比如精密仪器的零件，可发挥了大作用。
既然金属玻璃有这么牛的力学性能，那它在实际应用中都有哪些亮眼的表现呢？在体育用品领域，一些高端的高尔夫球杆、网球拍，就采用了金属玻璃。
这让运动员在击球的时候，能够更有力地传递力量，球飞得更远、更准。
想象一下，你在高尔夫球场上，轻轻一挥杆，那球就像装了火箭一样飞出去，多带劲！在电子领域，金属玻璃也崭露头角。
由于它的良好导电性和抗磁性，一些精密的电子元件用了它之后，性能大幅提升，让咱们的手机、电脑运行得更快更稳定。
在医疗领域，金属玻璃也有它的用武之地。
比如说，一些人造关节的材料就换成了金属玻璃，因为它耐磨、强度高，能够延长关节的使用寿命，让患者的生活质量大大提高。
金属玻璃及其研究新进展
2.铜模吸铸法
• 工艺流程
I. 将合金放入磁悬浮电炉中, 通电 流加热
பைடு நூலகம்II. 待合金完全熔化均匀后将铜模向 下移动
III.等石英管伸入到熔融合金中时打 开阀门, 利用压力罐和熔融合金 表面之间的压差把熔融合金快速 吸入铜模
IV. 熔体在铜模中快速激冷得到所需 试样.
精品课件
制得样品示意图
金属玻璃应用研究新进展
为进一步探讨，将块状金属玻璃 在100MPa下，加热到390℃，超过其玻 璃化转变温度，使得金属玻璃被软化 成为粘性液体，利用氧化铝模板制备 成直径大约为200nm的金属玻璃纳米棒 （氧化铝面板用KOH溶液腐蚀去除）。
对纳米棒进行线扫描后，可以看到此时Ni的含量远大于Pd。
精品课件
精品课件
金属玻璃应用研究新进展
Pd
当电势在EC1和EC2之间时，金属玻璃中的Ni原子
Ni 有选择性地脱离金属玻璃表面，而表面遗留下的
Pd原子则通过表面扩散聚集形成Pd原子簇，最终
使得金属玻璃形成了一种纳米多孔网络结构，孔
隙的大小在10~30纳米。
精品课件
金属玻璃应用研究新进展
当电势在EC2之上时，金属玻璃中的Ni原子依旧脱离金 属玻璃表面，而Pd原子则通过溶解、再沉积，最终形成 具有多分支树枝晶的纳米结构（形状像树叶）。
精品课件
金属玻璃应用研究新进展
综上所述，通过电化学方法可以获得较大比表面 积的Pd。可以预见，而Pd作为一种催化剂，其较高的 比表面积，有助于提高其催化性能，例如用于燃料电 池中。
上述实验的金属玻璃用的是块体材料，
如果用尺寸更小的金属玻璃，那么通过电化学方法 会不会得到比表面积更高的Pd呢？
神奇的“金属玻璃”
神奇的“金属玻璃”作者：吴再丰来源：《百科知识》2008年第01期在好莱坞电影《终结者》中，由金属制成的变形机器人T-3000能随意变换成各种形状，甚至可以从门下的小缝隙中飞走。
现在对于人类来说，这将不再是科幻片中的幻想。
一种新型的“终结者”材料面世，这就是“金属玻璃”。
目前科学家研制的金属玻璃，强度是工业用钢铁的3倍，柔韧性是钢铁的10倍。
金属玻璃是一种特殊的合金材料。
通常金属原子都是有序排列的晶体结构，而在金属玻璃中，原子的排列如同液体或者玻璃一样杂乱无章。
虽然从严格意义上来说，金属玻璃并不是液体，但是由于它没有固定的外形，可以像液体一样随意流动，所以人们喜欢形象地称之为“液态金属”。
金属玻璃的问世打破了建立在金属晶体结构基础上的传统金属学研究方法，它的许多独特而且宝贵的性能使其在实际应用中初露锋芒。
金属保持玻璃状有专家认为“金属玻璃”是继钢铁、塑料之后，给产业界带来的又一次革命性的变革。
长期以来，人们总认为这种非晶态的金属玻璃是不可能制成的。
我们在日常见到的冰，是水分子形成六棱柱体的结构。
流动是水分子自由活动的一种状态，一旦变成固体，则水分子就被井然有序地排列固定。
即使金属也一样，在高温熔融状态下，原子或分子可随意活动。
但是，一旦冷却变成固体则呈晶体结构。
那么，玻璃又会是怎样呢?我们家里通常用于窗户或杯子的玻璃被称之“氧化物玻璃”，其主要成分是二氧化硅。
氧化物玻璃从液态变为固态时，分子也不会组成有序的结晶结构，而是在随机排列下固化，即保持液体那种状态。
由于高温熔融状态下的玻璃呈液体结构，所以几百年前在欧洲烧制的玻璃是下部比上部厚。
此外，玻璃变成固体的过程中，它还会形成“过冷却液体”的状态，即变成糖稀那样的状态。
例如在玻璃车间把熔融的玻璃吹制成器皿时，此时的玻璃就是处在“过冷却液体”的状态。
何谓玻璃的“过冷却液体”状态呢?即如果玻璃从液态冷却成固态时，当温度降到比其固化时的温度还要低时，玻璃仍然呈现液态的一种现象。
金属玻璃的前世今生
金属玻璃的前世今生摘要：本文联系金属玻璃的发现和发展，介绍了金属玻璃的性能和特性，以及应用。
大概简述了国内外金属玻璃的研究成果。
关键词：金属玻璃、金属玻璃的机理、应用，发展前途引言：一般人看到玻璃就会联想到玻璃板，其实在一定的条件下，金属也能做成玻璃，比如这种金属做的玻璃可以用来做高尔夫球棍也可以应用在电力方面。
其实金属玻璃是液体凝固时不发生结晶并且原子排列不规则的晶体。
不象玻璃板，金属玻璃不透明或者不发脆，它们罕见的原子结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。
普通金属由于它们晶格的缺陷而容易变形或弯曲导致永久性地失形。
对比之下，金属玻璃在变形后更容易弹回至它的初始形状。
缺乏结晶的缺陷使得原铁水的金属玻璃成为有效的磁性材料。
一、金属玻璃的发展简史有史以来，人类所使用的金属都是呈结晶状态的晶态材料。
１９３４年美国克雷默首次用蒸发沉积法制备出了非晶态合金。
在1950年，冶金学家学会了通过混入一定量的金属——诸如镍和锆一去显出结晶体，1960年，美国加州理工学院的Klement和Duwez等人发现当某些液态贵金属合金以每秒１００℃的冷却速度急剧冷却时，可以获得一种被称为“金属玻璃”的非晶态合金。
与此同时，苏联的米罗什尼琴科和萨利采用喷溅冷却法，将金属熔滴喷射在冷基板上，分散成为薄膜从而快速凝固。
利用此法可以产生大于１０６℃／秒的冷却速度，从而获得了一个崭新的高度过饱和的固溶体。
１９６９年庞德和马丁制备出具有连续长度的条带，为大规模生产非晶态合金创造了条件。
非晶态合金的化学成分是金属或合金，在原子结构上呈现典型的玻璃态。
一般以铁、镍、硅金、钯、硅、铜、铁、磷、碳等为基本成分，以磷、铬、碳为添加物熔炼而成。
金属玻璃和普通玻璃性质不同，金属玻璃韧而不透明，它的强度和硬度比现有的一般晶态金属都高。
如果用它制作高强度控制电缆和橡胶轮胎的增强带，则将大大提高其使用寿命。
二、金属玻璃的机理大部分的金属在冷却时都会结晶，把它们的原子排列成有规则的图案，叫做格构(lattice)。
金属玻璃
金属玻璃发展的的几个问题
现在，我们对金属玻璃的了解还很不充分，还无 法通过调节其内部结构来改善其物理性能。对于 非晶态固体内部结构，现在还没有十分有效的研 究手段。现有的微观结构分析手段，如X光及中 子衍射仪器、电子显微镜、各种能谱等，对金属 玻璃内部结构探测和分析能力非常有限，只能通 过计算机模拟来推测金属玻璃的内部结构。
(2)原子沉积法
原子沉积法又可细分为:电解沉积法、化学沉积法、 真空蒸镀沉积法、离子贱射沉积法。上述沉积法主 要是制备非晶态合金薄膜(沉积在其他基材上)。而 现在也有用其他的方法制备块非晶态合金,其制备 方法有直接凝固法和粉末固结成形法,其中直接凝 固法又细分为:铜模铸造法、高压模铸法、吸铸法、 挤压铸造法、磁悬浮熔炼、静电悬浮熔炼等
(1)液态淬火法
这种方法的优点是制造设备简便,生产效率高。但缺 点是非晶态合金的形成能力有限,一般只能生产丝状、 带状的非晶态合金(要求冷速达到106℃/s)。由高频 电炉熔化母材合金(Ar气保护),液体在Ar气高压下经 喷嘴高速喷出液态合金束,经过一对超低温铜质轧辊 快速冷却,挤压得到非晶态合金丝或带
五、应用及前景
(1)电力行业。磁性研究是非晶态合金最 活跃的领域。电压变压器芯体要求材料 具有软磁性，软磁性越高，在芯体上损 失的能量越少。现在变压器普遍使用的 是硅钢片，而具有较高软磁性的金属玻 璃可以使变压器重量减轻1/3，能量耗损 减少1/3。
五、应用及前景
军事方面，由于其优异的力学性能，金 属玻璃可用来制造动能破甲、穿甲弹。 金属玻璃和钨复合制成的穿甲弹头，密 度高、强度大、穿甲性能好，具有自锐 效应，也具有贫铀弹头的高绝热剪切敏 感性，有望取代对环境造成严重危害的 贫铀弹。铁基金属玻璃可用于舰艇防腐、 防磁。
材料化学chapter7-3金属玻璃
按照晶粒的形状分： 柱晶合金和单晶合金
等轴晶
柱晶
单晶
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等轴晶 较早采取多晶铸造工艺，由于冷却时 散热的方向未加控制，晶粒较多，接近与 球形，称为等轴晶。 晶粒之间的界面即晶界，晶界处容易 出现杂质和缺陷，是最薄弱的以破坏区。 采用此种方法制得的涡轮叶片性能较差。
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柱晶 如果采用定向凝固工艺铸造涡轮叶片，即当 合金在铸型内冷却时，控制散热方向，使晶粒按 预定的方向生长，这样得到长条形的柱晶，柱晶 合金叶片的最大特点是不存在横向晶界，当涡轮 叶片高速旋转时，最大的离心应力与柱晶中的晶 界平行，减少了晶界断裂的机会。使叶片的温度 提高50，喷气发动机的寿命提高一倍。 但柱晶合金仍存在晶界。
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♣ 非晶态金属材料原子排列模型
连续模型，如拓扑无序模型 拓扑无序模型认为非晶态材料的主要特征是原子排列 的混乱和随机性，强调结构的无序性，把短程有序看作是 无规则堆积时附带产生的结果。在这一前提下，拓扑无序 模型有多种形式，主要有无序密堆硬球模型和随机网络模 型。 前者由贝尔纳提出，用于研究液态金属的结构。发现 无序密堆结构仅有五种不同的多面体组成，称为贝尔纳多 面体。在该模型中，这些多面体做不规则的但又是连续的 堆积。其模型的双体分布函数和实验结果定型相符，但细 22 节存在误差。后者的径向分布很好符合实验结果。
制备非晶态金属的方法很多，大致可分为：
液相急冷法
气相沉积法 激发加热法 离子注入法
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♣ 液相急冷法—原理
原理：是在足够高的冷却速度（一般106-1010℃/s) 下，将液态或气态的无序状态保留到室温，并阻止 原子进一步迁移转变为晶态相，也就是说使金属原 子来不及按照晶胞结构做规则排列而处于液相紊乱 状态，使猛然间凝固，形成类似与玻璃结构特征的 非晶态金属
金属玻璃
金属玻璃材料专业：材料学课程：材料科学研究学号： ********** 姓名：**老师：**金属玻璃材料摘要：主要介绍了金属玻璃的定义、分类、机理、结构及性能间的关系、用途、应用领域和特点，以及目前国内外的研究内容及研究进展。
关键词：发展简史、金属玻璃、研究进展、用途Abstract: this paper mainly introduces the definition, classification,mechanism of the metallic glass, the relationship between structure and performance, usage, characteristics and application fields, as well as the research content and research progress at home and abroad.Keywords: development brief history, metal, glass, research progress and applications一、发展简史金属玻璃的出现可以追溯到20世纪30年代，Kramer第一次报道用气相沉积法制备出金属玻璃，在1950年，冶金学家学会了通过混入一定量的金属——诸如镍和锆一去显出结晶体，1960年，美国加州理工学院的Klement和Duwez 等人采用急冷技术制备出Au75Si25金属玻璃。
当合金的薄层在每秒一百摄氏度的速率下冷却时，它们形成金属玻璃。
但因为要求迅速冷却，它们只能制造成很薄的条状物、导线或粉末。
最近，科学家通过混合四到五种不同大小原子的元素，去形成诸如条状的多种多样的金属玻璃。
变化原子大小使它混合而形成玻璃从而变得更韧。
这些新合金的用途之一是在商业上用来制造高尔夫球棍的头。
二、金属玻璃的定义将熔融的合金喷射到冷的铜板上，降温速度在一百万摄氏度每秒以上，由于冷凝速度极高，液态合金来不及形成结晶就凝固了，结果获得了如同玻璃一样的非晶态合金。
材料的晶体结构与金属玻璃
材料的晶体结构与金属玻璃晶体结构是材料科学中一个重要的概念，它与材料的性能和应用密切相关。
而金属玻璃是一种特殊的非晶态材料，具有许多独特的性质和用途。
本文将探讨材料的晶体结构与金属玻璃之间的关系，以及它们在材料科学领域的应用。
一、晶体结构晶体是指由具有一定规律排列的原子、分子或离子组成的固态物质。
晶体结构的研究可以帮助我们理解材料的物理性质和化学性质，并为材料的设计和制备提供指导。
晶体结构由格点和基元组成。
格点是一种理想的点阵模型，它描述了晶体中原子、分子或离子的排列规律。
基元则是晶体结构中最小的重复单元，通常由一个或多个原子组成。
晶体结构可以分为简单立方结构、面心立方结构和体心立方结构等多种类型。
不同类型的晶体结构会影响材料的密度、硬度、导电性等性质。
例如，金属中常见的面心立方结构具有高密度和良好的导电性，而体心立方结构则具有较低的密度和较弱的导电性。
晶体结构的稳定性与晶体中各个原子的相互作用力有关。
在晶体中，原子会由于电子云之间的相互作用而形成稳定的排列。
二、金属玻璃金属玻璃是一种特殊的非晶态金属材料，与晶体结构完全不同。
晶体是有序排列的，而金属玻璃则是无序排列的。
金属玻璃的原子排列呈现出无规律的背景，因此其结构没有长程有序性，而是具有短程有序性。
金属玻璃具有许多独特的性质，如高硬度、高强度、良好的耐腐蚀性等。
与晶体相比，金属玻璃在原子的排列上没有周期性，因此不存在晶体缺陷，比如晶界和位错。
这使得金属玻璃具有更好的力学性能和化学稳定性。
金属玻璃的非晶态结构还使其具有良好的导热性能和光学透明性，因此在光学器件和热敏元件等领域有广泛的应用。
三、晶体结构与金属玻璃的关系晶体结构和金属玻璃是两种不同的结构状态，但它们之间存在一定的关联。
实际上，金属玻璃可以看作是部分没有完成晶化的非晶态材料。
在金属玻璃的制备过程中，通常会通过快速冷却或固溶等方法将金属氧化物或金属合金等材料迅速凝固形成非晶体。
不同的冷却速率和固溶浓度会影响金属玻璃的结构和性能。
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3. 什么是红外辐射材料？什么是透红外材料？它们各自有什 么特点？
答：理论上，在0K以上时，任何物体均可辐射红外线，故红外线是 一种热辐射，有时也叫热红外。但工程上，红外辐射材料只指能吸收热 物体辐射而发射大量红外线的材料。红外辐射材料的辐射特性决定于材 料的温度和发射率。而发射率是红外辐射材料的重要特征值，它是相对 于热平衡辐射体的概念。热平衡辐射体是指当一个物体向周围发射辐射 时，同时也吸收周围物体所发射的辐射能，当物体与外界进行能量交换 慢到使物体在任何短时间内仍保持确定温度时，该过程可以看作是平衡 的。
发光特征主要包括颜色特征、强度特征和持续时间特征。
发光材料的发光颜色彼此不同，有各自的特征。已有发 光材料的种类很多，它们发光的颜色也足可覆盖整个可见光 的范围。一个材料的发光光谱属于哪一类，既与基质有关， 又与杂质有关。随着基质的改变，发光的颜色也可改变。
发光强度随激发强度而变，通常我们用发光效率来表征 材料的发光本领。发光效率有三种表示方法：
(3) 无晶界，晶态金属一般由微米量级的小晶粒组成，晶粒 间存在晶界。而从亚微观来看金属玻璃是均匀的固体，不存 在晶粒和晶界，这一特点大大提高了金属玻璃的力学性能和 电磁性能，使它具有很高的强度，例如抗拉强度、硬度、断 裂强度和弹性模量等都比晶态合金强得多。金属玻璃为非晶 态结构，显微组织均匀，不含晶界、位错等缺陷，使腐蚀金 属的液体“无缝可钻”，具有高度抗腐蚀性。
6. 半导体有几种分类方法，它们大致的分类结果是什么？
答：按成分可将半导体分为元素半导体和化合物半导体。 元素半导体又可分为本征半导体和杂质半导体。化合物半导 体又可分为合金、化合物、陶瓷和有机高分子四种半导体。 在此，我们顺便谈一下什么是本征半导体、杂质半导体。
半导体中价带上的电子借助于热、电、磁等方式激发到导 带叫做本征激发。本征半导体就是指满足本征激发的半导体。 利用杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级激发到导带 上或者把电子从价带激发到杂质能级上，从而在价带中产生 空穴的激发叫做非本征激发或杂质激发。满足这种激发的半 导体就称为杂质半导体。
4. 什么是发光材料？它的发光机理是什么？发光特征有哪些？
答：发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段， 直接转换为特征辐射的现象。发光现象广泛存在于各种材料 中，因此，发光材料品种很多，按激发方式可分为：光致发 光材料、电致发光材料、阴极射线致发光材料、热致发光材 料、等离子发光材料。
发光材料的发光中心受激后，激发和发射过程发生在彼 此独立的、个别的发光中心内部的发光就叫做分立中心发光。 它是单分子过程，有自发发光和受迫发光两种情况。
(4) 不稳定性，金属玻璃在热力学上是不稳定的，它有向 晶态转化的趋势。
(5) 卓越的硬度和机械度，拉丝后纤维化的非晶态铁钽硅 硼合金线材，拉伸强度高达400公斤每平方毫米，为钢琴丝的 1.4倍，为一般钢丝的10倍。
(6) 优越的磁学性能。
2.按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成 哪几类？
1. 什么是金属玻璃？分析金属玻璃的结构特点和性能特点。
答：将熔融的合金喷射到冷的铜板上，降温速度在一百 万摄氏度每秒以上，由于冷凝速度极高，液态合金来不及形 成结晶就凝固了，结果获得了如同玻璃一样的非晶态合金。 用X射线衍射法进行测试，发现这种急冷的合金与平常的金 属不同，它不是晶体而是玻璃体，故非晶态合金又称为金属 玻璃。
非晶态金属材料内部原子作不规则排列，这样的结构特 征使它具有许多晶态材料所没有的性能。主要包括：
(1) 原子排列长程存在亚微观(即微米数量级)的各向异性(如磁 畴结构等性质)。
(2) 短程有序，即金属原子的周围配位情况彼此相似，也和 晶态中原子的情况相近。
按掺杂原子的价电子数半导体可分为施主型和受主型，前 者掺杂原子的价电子多于纯元素的价电子，后者正好相反。
还可按晶态把半导体分为结晶、微晶和非晶半导体。此外， 还有按能带结构和电子跃迁状态将半导体进行分类。
7. 简单解释超导现象。介绍一下目前主要研究的超导材料。
答：1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先 发现了超导现象。后来又陆续发现一些金属、合金和化合物 在低温时电阻也变为零，即具有超导现象。物质在超低温下， 失去电阻的性质称为超导电性；相应的具有这种性质的物质 就称为超导体。超导体在电阻消失前的状态称为常导状态； 电阻消失后的状态称为超导状态。
透红外材料指的是对红外线透过率高的材料。对透红外材料的要求， 首先是红外光谱透过率要高，透过的短波限要低，透过的频带要宽。透 过率定义与可见光透过率相同，一般透过率要求在50％以上，同时要求 透过率的频率范围要宽，透红外材料的透射短波限，对于纯晶体，决定 于其电子从价带跃迁到导带的吸收，即其禁带宽度。透射长波限决定于 其声子吸收，和其晶格结构及平均原子量有关。
① 量子效率指发光的量子数与激发源输入的量子数的比值；
② 能量效率是指发光的能量与激发源输入的能量的比值；
③ 光度效率指发光的光度与激发源输入的能量的比值。
发光分类： 荧光是指在激发时发出的光，发光时间小于10-8s。 磷光是指在激发停止后发出的光，发光时间大于10-8s。 当时对发光持续时间很短的发光无法测量，才有这种说法。 现在瞬态光谱技术已经把测量的范围缩小到10-12s以下，最 快的脉冲光输出可短到8fs（1fs=10-15s）。所以，荧光、磷 光的时间界限已不清楚。 但发光总是延迟于激发的。
5. 何为光电效应？主要有哪些光电效应？
答：物质由于受到光照而引发其某些电性质变化的这一现 象称为光电效应。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效 应和光电子发射效应三种。前两种效应在物体内部发生，统 称为内光电效应，它一般发生于半导体中。光电子发射产生 于物体表面，又称外光电效应。它主要发生于金属中。