基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃

雷克儿

金属玻璃具有独特的无序原子结构，使其拥有优异的机械和物理化学特性，在能源、通信、航天、国防等高技术领域有广泛应用，是现代合金材料的重要组成部分。由于金属玻璃在接近玻璃转变温度时会发生塑性流动，导致机械强度显著降低，严重限制了它们的高温应用。虽然目前已开发出玻璃转变温度大于1000 K的金属玻璃，但由于其过冷液相区（介于玻璃转变温度和结晶温度之间的温度区间）很窄，导致其玻璃形成能力不足，难以形成大尺寸材料；且导致其热塑成形性能很差，难以进行零部件加工。上述挑战的关键在于金属玻璃形成成分的合理设计，迄今为止发现的具有特定性能的金属玻璃还主要是反复试验和尝试的结果。中国科学院物理研究所柳延辉研究组与合作者基于材料基因工程理念开发了具有高效性、无损性、易推广等特点的高通量实验方法，设计了一种Ir-Ni-Ta-(B)合金体系，获得了高温块体金属玻璃，其玻璃转变温度高达1162 K。新研制的金属玻璃在高温下具有极高强度，1000 K时的强度高达3.7千兆帕，远远超出此前报道的块体金属玻璃和传统的高温合金。该金属玻璃的过冷液相区达136 K，宽于此前报道的大多数金属玻璃，其形成能力可达到3毫米，并使其可通过热塑成形获得在高温或恶劣环境中应用的小尺度部件。该研究开发的高通量实验方法具有很强的实用性，颠覆了金属玻璃领域60年来“炒菜式”的材料研发模式，证实了材料基因工程在新材料研发中的有效性和高效率，为解决金属玻璃新材料高效探索的难题开辟了新的途径，也为新型高温、高性能合金材料的设计提供了新的思路。