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玻璃之王
⑴“玻璃之王”是這樣誕生的:1959年,美國加利福尼亞理工學院杜威茲教授等人用制造玻璃的方法,將高溫金-硅合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅軸上,以每秒100萬攝氏度的冷卻速度快速冷卻熔體,第一次制造出了不透亮的玻璃。當時的一位物理學家看到這種剛誕生的合金材料時,曾嘲諷的說這是一種“ 愚蠢的合金”。這種不透亮、看起來“愚蠢的”的東西,就是在材料科 學領域開辟出一條新道路的“玻璃之王” 金屬玻璃。
⑵金屬玻璃形成的原理是什么呢?通常情況下,金屬及合金在從液體凝固成固體時,原子總是從液體的混亂排列轉(zhuǎn)變成整齊的排列,即成為晶體。但是,如果金屬或合金的液體凝固速度非常快,原子來不及排列整齊便被凍結(jié)住了,最終的原子排列方式仍類似于液體,是混亂的,這就是非晶態(tài)合金。因為非晶態(tài)合金原子的混亂排列情況類似于玻璃,所以又被稱為金屬玻璃。
⑶那么在實際生產(chǎn)中金屬玻璃又該如何獲得?研究人員發(fā)現(xiàn),單一的金屬液體凝固形成非晶態(tài)所需的冷卻速度要遠遠高于其它物質(zhì)液體。例如,普通的玻璃液體只要慢慢冷卻下來,得到的玻璃就是非晶態(tài)的;而單一的金屬液體則需要每秒高達1億攝氏度以上的冷卻速度才能形成非晶態(tài),這個速度是普通玻璃的無數(shù)倍。由于目前工藝水平的限制,實際生產(chǎn)中難以達到如此高的冷卻速度,也就是說,單一的金屬難以在生產(chǎn)上被制成非晶態(tài)的金屬玻璃。但是,合金彌補了單一金屬的缺憾。合金具有這樣兩個重要性 質(zhì):第一,它的熔點遠低于純金屬,例如,純鐵的熔點為1538 ℃,而鐵硅硼合金的熔點一般在1200 ℃以下;第二,液體狀態(tài)的合金原子更加難以移動,在 冷卻時更加難以整齊排列,也就是說,更容易被“凍結(jié)”成非晶體。這樣,人們在實際生產(chǎn)中就將金屬與其它物質(zhì)混合形成合金后再來獲得非晶態(tài)的金屬玻璃。
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