金屬玻璃作為新興的非晶態(tài)金屬材料,無序的原子排列使其具有優(yōu)異的物理、化學、力學性能。具有高強度、高彈性等突出力學特性的同時,金屬玻璃也表現(xiàn)出獨特的變形及斷裂行為。室溫下,金屬玻璃的塑性變形局域在納米尺度的剪切帶內(nèi),剪切帶在決定其變形能力、斷裂失穩(wěn)乃至力學性能上至關重要。然而由于沒有晶態(tài)材料直觀可見的類似位錯的形變單元,從微觀結(jié)構(gòu)上認識金屬玻璃的變形行為存在巨大困難,同時對剪切帶的形成及擴展機制的認識尚不深入,關于金屬玻璃的剪切帶行為還存在許多未解之謎。另外,金屬玻璃的拉伸脆性極大地限制了其作為高性能結(jié)構(gòu)材料的應用,災難性的脆性斷裂是如何發(fā)生的,斷裂失穩(wěn)時的裂紋是如何起源,又是如何擴展的也是長期以來困擾學術界的根本性問題。本文采用一系列創(chuàng)新方法對金屬玻璃的變形及斷裂進行了系統(tǒng)研究,對認識金屬玻璃的力學失穩(wěn)取得重要進展。揭示金屬玻璃塑性變形載體剪切帶的結(jié)構(gòu)。以磁性金屬玻璃為模型體系,通過對塑性變形后起源于磁彈性耦合的磁疇結(jié)構(gòu)的探測,精確表征了金屬玻璃應變局域產(chǎn)生剪切帶的精細結(jié)構(gòu),證明了納米尺度剪切帶形成時總伴隨著微米尺度的剪切帶影響區(qū),并圍繞剪切帶中心形成應變梯度場,多重剪切帶間通過剪切帶... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

非晶態(tài)物質(zhì)概觀

金屬玻璃通常是由金屬熔體快速冷卻避免晶化而成。如圖1.2[31]，給出了液體凝固的兩條途徑，對應著玻璃和晶體的形成過程。在一定壓強下，熔融液體隨著溫度的降低，通常會在凝固溫度，也即熔點 Tm處發(fā)生液固一級相變，體積或焓發(fā)生不連續(xù)變化，體系內(nèi)部發(fā)生了晶體形核長大過程從而形成晶態(tài)固體。當冷卻速度足夠快，熔融液體來不及形核結(jié)晶，進而形成了過冷液體，接著發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變形成玻璃，此時體系內(nèi)原子的大規(guī)模、大范圍平動在實驗室時間尺度上被凍結(jié)。過冷液體偏離平衡態(tài)形成玻璃的過程發(fā)生在較窄的溫度區(qū)間，此時的特征弛豫時間大約在 102s 量級。玻璃轉(zhuǎn)變過程中，體系的體積或焓隨溫度的變化率發(fā)生變化，體系的微觀結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯改變，也沒有其他物理量的不連續(xù)突變，因此玻璃轉(zhuǎn)變不同于傳統(tǒng)定義上的相變，但玻璃轉(zhuǎn)變的本質(zhì)尚未可知[32, 33]。圖 1.2 液體體積或焓隨溫度的變化。[31]Figure 1.2 Temperature dependence of a liquid’s volume or enthalpy.[31]經(jīng)過玻璃轉(zhuǎn)變由液態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)，金屬玻璃保留了液體的微觀結(jié)構(gòu)特征，原子排列長程無序。但是是否存在某種“序”或結(jié)構(gòu)單元來描述金屬玻璃的微觀結(jié)構(gòu)，或者如何表征金屬玻璃的結(jié)構(gòu)特征，描述其原子排列規(guī)律一直以來是非晶態(tài)物理

第 1 章 緒論領域探索的根本問題[34, 35]�；陂L程有序下的晶格周期性，晶體的結(jié)構(gòu)可以用現(xiàn)代 X 射線衍射、電子顯微技術等直接表征。但是金屬玻璃原子排列長程無序，微觀結(jié)構(gòu)不具有周期性或?qū)ΨQ性，通常的表征手段反饋的信息沒法給出金屬玻璃的結(jié)構(gòu)規(guī)律。經(jīng)過幾十年的努力，結(jié)合最先進的實驗技術、計算機模擬等手段，研究者們已構(gòu)建了適用于非晶體系的概念和模型來描述金屬玻璃的結(jié)構(gòu)特征，并嘗試建立其微觀結(jié)構(gòu)與宏觀物性間的關聯(lián)[36]。


本文編號：3234432