緻密金屬納米玻璃的球磨製備與結構表征

《緻密金屬納米玻璃的球磨製備與結構表征》是依託蘭州大學，由李建功擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：緻密金屬納米玻璃的球磨製備與結構表征
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：李建功
• 項目類別：面上項目

項目摘要

由納米尺度的玻璃區域和玻璃/玻璃界面組成的玻璃，叫做納米玻璃。納米玻璃是一種(因存在玻璃/玻璃界面)既不同於具有短程有序而長程無序的玻璃、（因存在玻璃區域）又不同於納米晶粒和晶界組成的納米晶材料的結構全新的新型材料。本項目基於金屬玻璃發生非均勻塑性變形時產生的剪下帶上存在大量自由體積，探索開發完全緻密金屬納米玻璃製備技術。將金屬玻璃高能球磨產生剪下帶，當球磨至剪下帶之間平均間距達到納米尺度（＜50 nm）時，即製得完全緻密金屬納米玻璃。最佳化成分和球磨參數，製備玻璃/玻璃界面（剪下帶）上自由體積穩定的緻密金屬納米玻璃。通過不同手段深入分析完全緻密金屬納米玻璃的原子排列結構、玻璃/玻璃界面（剪下帶）上的自由體積分布及其穩定性，描述納米玻璃的原子排列結構和穩定性。納米玻璃的研究將催生納米玻璃新型材料，開拓材料科學新領域，具有重要的科學和技術意義。

結題摘要

由納米尺度的玻璃區域和玻璃/玻璃界面組成的玻璃，叫納米玻璃。納米玻璃是一種(因存在玻璃/玻璃界面)既不同於具有短程有序而長程無序的玻璃、（因存在玻璃區域）又不同於納米晶粒和晶界組成的納米晶材料的具有全新原子結構的新型材料。本項目基於金屬玻璃發生非均勻塑性變形時產生的剪下帶上存在更多自由體積，探索開發完全緻密金屬納米玻璃製備技術。在金屬玻璃中引入高密度剪下帶，當剪下帶之間平均間距達到納米尺度（＜100 nm）時，即製得完全緻密金屬納米玻璃。通過摸索和最佳化球磨參數，通過高能球磨，製備出了剪下帶平均間距在100 nm以下、最小間距不大於30 nm的Zr70Cu20Ni10金屬納米玻璃，剪下帶最小間距在40 nm的Cu60Zr30Ti10金屬納米玻璃，剪下帶平均間距在100 nm以下、最小間距在40 nm左右的Cu45Zr30Ti10Ni15金屬納米玻璃。室溫軋制製備了平均剪下帶間距為31 nm的Pd40Ni40P20緻密金屬納米玻璃。通過室溫壓縮變形製備了剪下帶間距在100 nm以下的Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10金屬納米玻璃。對上述納米玻璃進行了結構表征，發現它們均保持非晶結構，沒有出現晶化和分相。對納米玻璃中的自由體積進行了定量研究，發現與淬態樣品相比，納米玻璃中平均自由體積明顯增多，最高可增加34%。對Pd40Ni40P20金屬納米玻璃進行了X射線大角散射研究，發現與鑄態相比，納米玻璃雙體相關函式第一最近鄰峰半高寬明顯較寬，相對強度較小；這說明金屬納米玻璃最近鄰配位數低於鑄態，原子排列更加無序。即金屬納米玻璃原子排列無序度比金屬玻璃高。DSC分析和等溫退火處理研究表明，與鑄態相比，Pd40Ni40P20金屬納米玻璃的熱穩定性降低。該項目開發了塑性變形製備納米玻璃的新技術，研究了對所制納米玻璃結構和熱穩定性，這些結果擴展了納米玻璃製備途徑，加深了對納米玻璃結構及熱穩定性的理解。我們完成了該項目計畫研究內容，達到了項目預期目標。