秦荣昌 论文终稿.doc

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1、秦荣昌论文终稿　　摘要本文利用液态浸渗铸造法制备了W球/Zr基非晶复合材料，其中增强体W球由W颗粒和粘结剂烧结而成，直径分别为1毫米和2.8毫米。　　利用XRD和SEM分析了Zr基非晶合金和W球/Zr基非晶复合材料的微观结构。　　对Zr基非晶合金的热稳定性进行了差热分析。　　利用SEM观察了Zr基非晶合金和W球/Zr基非晶复合材料的压缩断口形貌和剪切带的变化。　　测试了非晶基体和增强体W球的显微硬度。　　研究了复合材料在应变速率为1×10-4s-1和1×10-2s-1下的室温压缩变形行为。　　结果表明，W球/Zr基非晶复合材料的塑性明显优于纯非晶合金的塑性。　　W球一方面阻碍

2、了剪切带的扩展，另一方面促进了多剪切带的产生。　　但是，和纯非晶合金相比，复合材料的强度有所降低。　　在同一应变速率，1mmW球/Zr基非晶复合材料的塑性要比2.8mmW球增强的好。　　在不同应变速率下，1mmW球/Zr基非晶复合材料在低应变速率下的塑性较好。　　晶态是原子的有序排列，而非晶态是一种长程无序、短程有序结构，原子在三维空间呈现拓扑无序排列。　　具有这种结构特征的合金我们称之为非晶合金，或是金属玻璃。　　非晶态合金或金属玻璃与传统的氧化物玻璃不同，合金中原子间的结合是金属键，而不是共价键，所以许多与金属相关的特性被保留了下来，例如非晶韧性好，不像氧化物那样很脆且透

3、明；同时，非晶合金也不像晶体材料那样有位错和境界等缺陷，因此具有和晶态材料不一样的优异性能，例如可望达到理论强度、超高耐蚀性、优异的磁学性能以及在一定温度下的超塑性。　　正是基于非晶合金这些优异的性能，引起了人们对它的浓厚兴趣。　　特别是在特殊领域中，更是受到了研究者的亲睐。　　近年来，人们发现块体非晶合金具有的强度是其对应晶态的2~3倍，有着高的弹性应变和弹性极限，较低的弹性模量，而且在过冷液相区会出现超塑性变现行为，其力学行为明显不同于晶态材料，这就为块体非晶合金作为特殊领域使用下的新型结构材料提供了一个潜在的基础[1~2]。　　1.1.2块体非晶合金的发展关于非晶合金的

4、研究可以追溯到20世纪30年代末。　　1938年，Kramer首次报道了用蒸发沉积的方法成功制备出了非晶态薄膜。　　不久Brenner等采用电沉积的方法制备了Ni-P非晶态薄膜。　　1951年，美国物理学家Turnbull通过水银的过冷实验，提出液态金属可以过冷到远离平衡熔点以下而不产生形核长大。　　根据这一理论，液态金属可以在一定条件下形成非晶态。　　1960年，美国加州理工学院的Duwe研究小组采用直接将熔融金属急冷的方法制备出非晶态合金Au-Si，自此关于非晶合金的研究和发展进入了一个崭新的时代。　　1969年，非晶合金的制备有了突破性的进展，Pond等人利用轧辊法制备

5、出了长达几十米的非晶薄带。　　20世纪70年代后，人们对非晶合金进行了大量的研究，发现很多合金系都能形成非晶态，但是，这些非晶的形成条件必须是冷却速度大于104K/S，后来随着过冷技术的不断发展，人们已经比较容易制备出厚度小于50μm、宽15cm的连续非晶薄带，从而显示出了这种技术的重要科学意义和工程应用前景，有关非晶合金的形成、结构和性能的研究在短短的十几年时间就引起了人们极大的重视。　　但是，非晶薄带的应用领域受到了很大的限制，无法在工程领域施展其优异的性能。　　这样，块体非晶合金的研究与制备得到了人们的亲睐[2]。　　我们一般把毫米厚度以上的非晶合金称之为块体非晶合金，

6、即块体金属玻璃。　　具有这种特征尺寸的非晶合金最先是Kui等用B2O3对Pd基合金经行净化处理以消除非均匀形核而制备出来的，但是由于Pd的价格太贵，这一结果并没有引起材料科学家重视。　　直到1990年，日本东北大学的Inoue和张涛，以及美国加州理工学院的Johnson等发现有些合金具有相当高的非晶形成能力，用慢速冷却的方法即可制备非晶态，从而促成了块体非晶合金的诞生[3]。　　从此以后，人们的注意力又一次集中到块体非晶合金的研究上来，打开了一扇新的块体非晶合金体系的设计之门。　　目前，能够形成大块非晶的合金系主要有Mg基、La基、Zr基、Zr-Ti基、Fe基、Co基、Ni基

7、、Pd-Cu基等[4]。　　其中，Peker和Johnson设计的Zr-Ti-Ni-Cu-Be合金系是块体非晶合金的重要进步。　　这类五元素合金具有明显的玻璃转变能力、非常高的过冷液相稳定性和反晶化热稳定性。　　进入21世纪以来，块体非晶合金的研究又有了长足的进步。　　2000年Inoue课题组成功发展了高强度Cu-Zr-Ti-Hf合金和Co-Fe-Ta-B块体非晶合金，xx年美国橡树岭国家实验室Lu和Liu使Fe基非晶的尺寸从过去的毫米级推进到厘米级，据称最大的直径可达12mm[5]，此后我国哈尔滨工