如果一个人有敏感脆弱的心理状态,对别人一句随口的评价特别在意。对自己所犯过的错误念念不忘,用过去的经历反复折磨自己,心灵像玻璃一样易碎,就会被称作“玻璃心”。但是如果换一种思路,我们周围常用的金属强度高,硬度高,韧性高,它们是很多构件的“主心骨”,是生活中最常见的物质之一。如果连非常强的金属们都变得“玻璃心”了,生活会变得怎样呢?
在思考这个话题前,首先要弄清楚一个问题,金属怎么变得玻璃心?宏观的固体材料是由大量的微观粒子(原子、分子或者离子)凝聚在一起形成的,我们就按照固体材料中微观粒子的排列方式将材料分成两大类:粒子排列十分规则的晶态物质和粒子排列不具有长程有序性的非晶物质(也就是常说的玻璃态物质)。我们日常见到的材料如塑料、玻璃、沥青、琥珀、橡胶等都是玻璃态固体,也就是说这些材料的粒子排布没有周期性。
随着现代冶金技术的发展,也就是热合金熔体快速冷却技术的不断成熟,这项技术可以在室温下保留合金的非平衡态结构,让金属熔体中无序排布的原子来不及扩散运动到平衡态位置,最终得到的固体原子构型也呈现出无序排布的特点。这种超高冷却速度得到的合金就是具有玻璃一样原子无序排布的非晶合金,也成为金属玻璃。
这种金属玻璃在外观上具有金属一样的光泽,看不出和常规的金属有明显的区别,那么这一类具有“玻璃心”的金属材料在现实生活中有哪些优越的性能?利用快速急速冷却技术得到的大块非晶合金的照片。
传统的晶体金属的变形是依靠里面周期性排列的原子中产生缺陷来实现的,而金属玻璃由于没有晶体中的变形缺陷,因而具有很高的强度和硬度。所以高强度是金属玻璃最显著和独特的力学特征之一。各种合金成分玻璃化之后硬度都显著高于其晶态合金,并且钴基块体金属玻璃的强度创造了现今金属材料强度的最高纪录,它的强度是普通钢材的十五倍。
金属玻璃因为其原子排布无序,没有晶体材料周期性原子晶格的限制,会表现出非常高的弹性极限。金属玻璃薄膜在仿生学中有重要应用,比如一种金属玻璃皮肤是通过将锆基金属玻璃薄膜直接生长在柔性塑料衬底上得到的。金属玻璃皮肤柔性好,很容易弯曲超过180度,这是常规金属难以实现的性能。
看完变得“玻璃心”的金属——金属玻璃,是不是感觉一种造福人类的先进材料正在慢慢地发展成熟呢?
金属玻璃不仅是众多非晶材料中的新成员,也是一种新型金属材料。这种合金被称之为金属玻璃,但不是因为它像玻璃那样脆而透明,而是因为组成这种金属的内部原子排列像玻璃一样是长程无序的,是一种玻璃态结构。本文介绍的金属玻璃的应用仅仅是冰山一角,金属玻璃重要的价值正在被科研工作者逐渐挖掘,期待将来金属玻璃带给我们更多惊喜吧!