基於應變玻璃相變的應力調控熱膨脹行為研究

《基於應變玻璃相變的應力調控熱膨脹行為研究》是依託西安交通大學，由周玉美擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於應變玻璃相變的應力調控熱膨脹行為研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周玉美
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

為了滿足不同領域對材料熱膨脹性能的需求，一般通過複合材料或者成分調整等手段來實現對材料熱膨脹行為的調控。本申請項目基於漸進式應變玻璃相變及其合金微結構的不均勻性，提出一種通過外加應力來調控材料熱膨脹行為的新思路：即通過應力控制應變玻璃相變過程中納米應變疇的數量和尺寸，進而減小、抵消、甚至逆轉基體的正熱膨脹行為，使得同一個材料在不同的應力作用下能呈現正熱膨脹，零熱膨脹，甚至負熱膨脹。本項目擬首先從實驗上探明應力調控熱膨脹行為的可行性，普遍性和規律性；進而通過理論模擬與實驗相結合的方式揭示其內在物理機制。本項目的工作可望為實現人為實時精確調控材料的熱膨脹行為提供原理性基礎；同時關於玻璃態材料微結構及其新功能性的探索也具有重要的理論研究價值。

結題摘要

熱脹冷縮是材料本徵的一種物理性能，因此為了調控材料的熱膨脹性能，一般採用調整材料的成分或者進行材料複合的手段來實現。本項目研究基於應變玻璃合金中母相和納米馬氏體疇共存的天然複合結構，利用外加應力來調控納米馬氏體疇的大小和體積分數，進而達到調控合金巨觀熱膨脹行為的目的。本項目研究主要得到了以下結論： （1）通過原位高分辨電鏡觀察，首次為應變玻璃的局域對稱破缺及玻璃相變過程提供了直接證據，發現納米馬氏體疇在降溫過程中出現、長大直至凍結的過程。基於這種不均勻微結構，研究了外加拉應力下，Ti-40Pd-10Cr合金的熱膨脹行為的演變，隨著拉應力的增加，熱膨脹係數從正數逐漸變為零，甚至變為負數。Landau-Ginzburg模擬分析表明，熱膨脹係數的變化主要歸功於外加拉應力作用下，納米馬氏體疇在應力方向上的尺寸長大。 （2）研究發現隨著C摻雜含量的增加， MnCu基合金的馬氏體相變溫度點急劇降低，同時相變伴隨的熱膨脹行為逐漸從負熱膨脹變為在260-300K之間的近乎零熱膨脹行為。該研究結果提供了一種利用缺陷摻雜改變合金的馬氏體相變行為，進而調控材料的熱膨脹行為的思路。 （3）開發了一系列的Fe，Mn摻雜的TiPd基應變玻璃合金，其應變玻璃化轉變溫度在室溫附近。研究還發現摻氫的TiPd基馬氏體合金在室溫附近寬溫域（250-400K）呈現出極高的阻尼性能（Q-1~0.02-0.09）。同時兼顧室溫和高阻尼性能使得該合金遠遠超過現有的高阻尼合金，具有潛在的套用價值。 本項目共在國際SCI期刊上發表學術論文9篇，其中包括Physical Review Letters 1篇，Acta Materialia 1篇, Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics 邀請論文 2篇，Materials Science and Engineering A 1篇，Journal of Applied Physics 1篇，Journal of Physics: Condensed Matter1篇, Applied Physics Letters 1篇,EPL1篇。項目組成員工參加國際會議2次，並作口頭報告。本項目研究為有效調控應變玻璃合金的熱膨脹行為提供了一種新的思路，同時拓展了應變玻璃合金可能的套用領域。