九游官方入口金屬研究所和遼寧材料實(shí)驗(yàn)室李秀艷研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)二元Cu-Zr金屬玻璃的分解可以顯著提高其彈性模量。通過(guò)嚴(yán)重塑性變形和退火，淬火后的均勻金屬玻璃分解成兩個(gè)具有不同化學(xué)成分的玻璃相，且兩相尺寸均低于10nm。分解后金屬玻璃的楊氏模量為淬火非晶的139%，與其對(duì)應(yīng)的晶體相當(dāng)。2024年7月3日，相關(guān)工作以題為“Decomposition-induced enhancement of elastic modulus in CuZr metallic glass”的研究論文發(fā)表在

　　彈性模量作為固體材料最基本的性質(zhì)之一，反映了原子之間的結(jié)合強(qiáng)度。金屬玻璃由于沒(méi)有長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)，其彈性模量通常比對(duì)應(yīng)的晶體材料低10-30%，并且金屬玻璃的彈性模量在玻璃形成的組成范圍內(nèi)基本不變。加工過(guò)程可能會(huì)影響金屬玻璃的彈性模量，比如在較高的冷卻速率下，有更多被“凍結(jié)”的自由體積，因此快速退火的非晶條帶通常比具有相同成分的非晶塊體彈性模量更低。另外，金屬玻璃的塑性變形也可能引入更多的缺陷，使其達(dá)到更高的能量狀態(tài)，導(dǎo)致彈性模量的略微下降。

　　目前，提高金屬玻璃彈性模量的有效方法是在室溫或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近退火實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)弛豫，降低能量狀態(tài)，減少自由體積和空間結(jié)構(gòu)不均勻性，通過(guò)該方法可將彈性模量提升5-20%。理論上預(yù)測(cè)具有完全弛豫結(jié)構(gòu)的“理想”玻璃的楊氏模量可能接近其對(duì)應(yīng)的晶體，差距在10%以內(nèi)，然而這一數(shù)值尚未在實(shí)際的金屬玻璃中觀察到。

　　李秀艷研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)二元Cu-Zr金屬玻璃的分解可以顯著提高其彈性模量。通過(guò)嚴(yán)重塑性變形和退火，淬火后的均勻金屬玻璃分解成兩個(gè)具有不同化學(xué)成分的玻璃相，且兩相尺寸均低于10nm。分解后金屬玻璃的楊氏模量為淬火非晶的139%，與其對(duì)應(yīng)的晶體相當(dāng)。

　　圖1：(a) HPT處理后的金屬玻璃明場(chǎng)相及相應(yīng)的選區(qū)電子衍射；(b) 具有成分分解結(jié)構(gòu)的典型STEM圖像及相應(yīng)的選區(qū)電子衍射；(c) 成分分解結(jié)構(gòu)典型的高分辨圖像及其自相關(guān)函數(shù)分析，黃色虛線非晶相的邊界，小方框表示短程有序的IOP團(tuán)簇；(d) 兩種非晶相的特征尺寸分布；(e,f) 兩相的元素分布。

　　圖2：(a) 納米壓痕的載荷-位移曲線；(b) 不同狀態(tài)樣品的楊氏模量，三角形代表淬火玻璃結(jié)晶產(chǎn)物的楊氏模量。

　　該工作利用高壓扭轉(zhuǎn)對(duì)甩帶發(fā)制備的Cu-36 at% Zr的金屬玻璃進(jìn)行了嚴(yán)重塑性變形。變形后的非晶除少量剪切帶中的晶體外，基本保持非晶的結(jié)構(gòu)，并且出現(xiàn)了明顯的成分起伏。進(jìn)一步在晶化溫度以下進(jìn)行退火，發(fā)現(xiàn)此時(shí)合金分離為納米級(jí)的兩個(gè)非晶相，其成分接近Cu10

　　7相與Cu51Zr14相的成分，其結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示。分解后金屬玻璃的楊氏模量為相同成分均勻金屬玻璃的139%，接近合金晶體的楊氏模量，如圖2（b）所示。模量的提升可歸因于具有高密度的玻璃/玻璃界面以及非晶相有序度的提升。由于非晶結(jié)構(gòu)的各向同性，玻璃相界面的應(yīng)變和過(guò)剩能量通常非常低，因此，在該研究中界面應(yīng)變對(duì)彈性模量的影響可以忽略。與均勻的非晶態(tài)相比，這些界面附近由于存在較大的成分變化，可能呈現(xiàn)帶來(lái)局部電子態(tài)密度的變化，提升了材料的彈性模量。（來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)）相關(guān)論文信息：