论文部分内容阅读
在人类的发展历史之中,材料起着关键性的作用。新材料的出现和应用对人类历史的发展起着重要的推动作用。新材料的出现既能应用到人类社会的各个方面,促进社会进步,同时还能加深人们对物质的认知,产生新的科学理论。
金属玻璃结合了金属材料和玻璃材料的特性,具有短程有序、长程无序,宏观均匀,微观不均匀的独特结构,同时是通过金属键相结合,因而金属玻璃具有独特的物理、化学以及力学性能,在航空航天、兵器工业、精密机械以及信息技术等方面均有一定的应用和潜在应用。金属玻璃也是一类较为简单的原子玻璃,对它的研究加深了人们对玻璃以及凝聚态物理一些基本问题的认识。从金属玻璃的发展历史看,金属玻璃的每一次突破都离不开新金属玻璃的出现,进而推动相关理论的进步和发展。开发新成分金属玻璃对应用和理论研究具有十分重要的意义。
钽(Tantalum,Ta),元素周期表中第73号过渡金属元素,质地坚硬,而且富有延展性,可以拉成细丝或制成薄箔;熔点很高为3290 K;热膨胀系数很小;具有极高的抗腐蚀性。钽优异的性能,使得Ta基块体金属玻璃可能具有优良的性能,但是迄今为止,还没有大块Ta基金属玻璃的报道。
本文在Ta-Ni-Co三元体系中成功制备出2 mm的块体基金属玻璃棒材。三元体系中,Ta42Ni40Co18和Ta42Ni38Co20两个成分具有最高的玻璃形成能力,玻璃转变温度分别为983 K和993 K,晶化温度分别为1023 K和1029 K,在金属玻璃体系中是较高的。
微合金化是提高合金玻璃形成能力的一种有效手段。本文在选取Ta42Ni40Co18合金中添加B、Si、Al、Ag、Cu、Fe、Pd、Ti、Zr、Y和Nb等微量元素,来研究这些元素对Ta体系非晶形成能力的影响。但这些元素都不能有效提高Ta-Ni-Co三元合金的玻璃形成能力,Cu、Pd元素的加入不降低合金的玻璃形成能力,其余元素的加入则显著降低了合金的玻璃形成能力,已经无法得到2mm的完全玻璃态的合金棒材。
在三元Ta-Ni-Co合金体系以及微量掺杂后的合金中,多数2mm棒材中析出CoTa、NiTa2、Ni3Ta等金属间化合物相,这类化合物对玻璃形成能力有害,不能形成完全的金属玻璃。△Tx、Tg/Tl、γ以及γm等玻璃形成能力表征参数不能很好的描述Ta基合金体系的玻璃形成问题。添加相似的微量元素对Ta基金属玻璃形成的作用却是不同的。金属玻璃的形成是一个相当复杂的问题,并不能由一个或几个简单的经验规则来描述;微量元素掺杂后对金属玻璃形成的作用也十分复杂,也没有成熟的理论来指导,需要我们进一步的深入的研究。
与其他体系的块体金属玻璃相比,Ta基块体金属玻璃具有较高的强度(约2.75 Gpa)、杨氏模量(175 Gpa)与硬度(9.79 Gpa)。同时由于Ta元素密度比较大,Ta基块体金属玻璃的密度比较大(大约13.00 g cm-3),但与晶态合金的密度差别并不大。Ta基块体金属玻璃的低温比热与正常的金属玻璃类似,并没有在其中发现特殊的变化。Ta基块体金属玻璃还具有许多独特的性能,需要我们进一步研究。