一种金属玻璃比钢更坚硬

一种新的抗损伤金属玻璃,展示了超过任何已知材料的强度和韧性,开发和测试的研究人员与美国。能源部的劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加利福尼亚理工学院。在材料的世界里,强度(一种物质所能承受的强度)和韧性(它的抗压裂能力)不仅仅是不同的属性;它们很难一起实现。现在,来自加州理工学院和能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员已经创造出了一种具有两种品质的玻璃形式。它比钢铁或任何其他已知的材料都要坚硬。这种材料的特点是青铜,这是一种金属,45年前人们就认识到它可能用于玻璃。

新的金属玻璃是一种微型合金,其特点是拥有较高的"大块的"刚度比,抵消了玻璃材料的内在脆性。由于含铜材料的大体积剪切模量比较高,形成剪切带所需的能量比将这些剪切带变为裂纹所需的能量要低得多。结果是,玻璃在应力作用下经历了广泛的塑性,使其能够弯曲而不是裂纹。

玻璃材料具有非晶质、非晶的结构,使其固有的强大但总是脆性。而金属的结晶结构则提供了微观结构障碍(包裹体、晶界等)。,,)玻璃的无定形结构中没有任何东西可以阻止裂纹的扩展。这一问题在金属玻璃中尤为尖锐,在金属玻璃中,单一的剪切带可以形成并扩展到整个材料中,从而导致微不足道的小菌株发生灾难性故障。

在早期的工作中,贝克莱-卡尔技术合作公司制造了一种被称为"DH3"的金属玻璃,通过引入该金属的第二晶相,阻止了裂纹的扩展。这种晶相以树突状图案的形式渗透到玻璃的非晶结构中,建立了微结构屏障,以防止开裂纹扩展。在这项新的工作中,协作产生了一种纯玻璃材料,其独特的化学成分通过形成多个剪切带在带变成裂纹之前促进了广泛的塑性。

在打开裂纹之前,添加的钯提供了这种无定形材料具有不同寻常的大面积塑料屏蔽能力。这提高了断裂韧性,可与已知最坚硬的材料相比。这种罕见的韧性和强度的结合,或破坏容忍,超出了已知最坚硬和最坚硬材料所确定的基准范围。

由于合金是钛和锆而不是钢,它的重量比钢小得多。它也在比钢铁低得多的温度下熔化,使其更容易和更快地生产。

这是一项重大成就。这种新型玻璃的一大优点是它可以正确铸造.只要把它倒入一个模具,让它冻结,你就有类似于高强度钢的属性从一开始。

这种强大的玻璃在结构应用方面具有无穷的潜力--想想汽车、平面和桥梁。不过,问题是,钯的价格非常昂贵,参与该项目的研究人员说,最好的应用是在目前由软硬贵金属制成的牙齿植入物等产品上,这些产品更有可能导致像骨萎缩这样的并发症。我们很可能在短时间内不会看到超级强大的玻璃桥,但是新的玻璃牙植入物可能早在2016年就会进入你的口腔。