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《兰州大学》 2009年
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金属玻璃的塑性变形、玻璃转变以及对玻璃转变温度的预测

鲁志斌  
【摘要】: 金属玻璃由于其独特的性能,具有很高的应用价值,受到广泛关注。然而与晶体相比,对金属玻璃的理解还十分粗浅。特别是金属玻璃的塑性变形机制和玻璃转变过程是金属玻璃研究领域的两个难点。金属玻璃的塑性变形有非均匀和均匀两种形式。两种形式中,自由体积都对变形具有重要的影响,但是自由体积具体是如何影响变形的仍不清楚。通常,金属玻璃是通过快速冷却液体并避免结晶而得到的。在连续的过冷过程中,液体的黏度快速增加,并在特定的温度下冻结为非晶态固体,这一转变被定义为玻璃转变。虽然大量的实验观察到了玻璃转变现象,并且很多工作试着去解释这一现象,但是玻璃转变仍然是一个不清楚的基本问题。我们仍不知道液体是如何以及何时转变成玻璃的。此外从固态开始的玻璃态向过冷态转变的玻璃转变过程也是不清楚的。 本文对金属玻璃的塑性变形、玻璃转变以及对玻璃转变温度的预测进行了研究。主要结果如下: (1)考虑到在稳态流变过程中,应用的机械功和稳态时增加的能量守恒,金属玻璃的稳态流变应力仅依赖于变形前后约化自由体积的差值,我们发展了金属玻璃的平衡流变应力和约化自由体积之间的关系。这一关系和对稳态约化自由体积的分析显示温度和应变速率对平衡态流变应力的影响可以用两个简单的线性关系描述。温度和应变速率对平衡态流变应力的影响应归因于它们对平衡态约化自由体积的影响。 (2)研究了约化自由体积和测试温度对金属玻璃的非均匀变形断裂强度的影响,提出了一种金属玻璃断裂的可能解释,即当金属玻璃中自由体积增加到特定值时,系统会变得不稳定,紧接着发生断裂。 (3)对47种金属玻璃在绝对零度时的剪切模量G(0)和在玻璃转变温度时的剪切模量G(T_g)进行计算。计算结果显示,对于金属玻璃体系,其玻璃转变温度时的剪切模量和室温时的剪切模量之比G(T_g)/G(0)接近0.85这个常数。这说明金属玻璃在剪切模量减小到0.85G(0)这个特定值时发生玻璃转变。 (4)从金属玻璃的玻璃转变和金属熔化的相似性出发,发现金属玻璃的玻璃转变温度和平均熔化温度呈线性关系。由于平均熔化温度可以很方便地通过成分平均计算得到,金属玻璃的玻璃转变温度和平均熔化温度之间的这一关系,提供了一种推断和设计具有期待玻璃转变温度的金属玻璃的有效方法。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG139.8

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