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一种柔性块体金属玻璃的制备方法
发布时间: 2022-02-16
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
发明专利,新技术
行业领域：
采矿业
成果介绍
一、项目背景
随着柔性电子器件的发展，对材料综合性能的要求越来越高，既要求材料具有高强度、耐磨耐腐蚀等性能，还要求材料在室温下弯曲不断裂，以满足柔性器件可随意变形的要求。大多数传统材料很难胜任。金属玻璃是一类原子排列不具有三维周期性结构，但在几个原子间距范围内仍然呈现出一定有序性的新型亚稳态非晶态合金材料。这类玻璃有别于传统氧化物玻璃，原子之间存在金属键结合，具有一定的导电能力；独特的结构使其具有高强度、耐磨、耐腐蚀、优异的软磁性能等许多优异的物理化学性能，在超精密机械、超灵敏传感器、超低损耗铁芯、电子器件、航空航天、军事国防等领域有广泛的应用前景。然而，这类材料致命的弱点就是缺乏宏观室温塑性变形能力，绝大多数金属玻璃室温压缩塑性应变小于2％，特别是一些含有稀土元素的铁基金属玻璃，为典型的脆性材料，在未达到屈服前就会发生灾难性断裂；只有少数金属玻璃具有一定的室温压缩塑性。到目前为止，金属玻璃只有微米尺度范围内的细丝或薄带可以在室温条件下弯曲而不发生断裂，块体金属玻璃均不具有较大的室温弯曲能力，大大制约了金属玻璃的应用。这就迫切需要材料科学人员制备柔性的块体金属玻璃，突破制约金属玻璃发展和应用的瓶颈，推动块体金属玻璃的大规模应用和发展。
二、技术方案
步骤一，母合金锭的制备：按照块体金属玻璃的合金成分，由原子百分比换算成质量百分比，称取各原料，然后将各原料放入干燥的熔炼设备中；将熔炼设备抽真空并洗气；最后在保护气体存在的情况下，将各原料反复熔炼后制备成母合金锭；
步骤二，母合金锭的提纯：将氧化物作为提纯介质，将提纯介质放置在封好的石英管内抽真空后，放置在高温炉中加热，待提纯介质完全熔化呈透明，打开石英管，将步骤一得到的母合金锭放入提纯介质中，在温度1250℃以上保温至少4小时；
步骤三，石英模具的制备：将石英加热至熔融状态，对得到的石英熔体均匀加载，根据需要制备的柔性块体金属玻璃的形态，将石英拉长至相应的形状，得到壁厚为***～***的石英模具，保持石英模具形状稳定，离开加热区，使石英模具自然冷却，即得到石英模具；
步骤四，把步骤三制备的石英模具封口后，将经步骤二提纯后的母合金锭放置在石英模具中后，采用与步骤一相同的方法进行抽真空并洗气后，在保护气体的存在下，加热母合金锭至熔融，然后抽真空去除保护气体，再充入保护气体，利用气压将熔融金属压至石英模具中后，立即将含有熔融金属的石英模具放在高温炉中保温，使熔融金属均匀并充满石英模具，然后取出立即放入冷水中淬火，从而得到柔性块体金属玻璃。
三、技术优点
创造性提出利用块体金属玻璃快冷过程中合金熔体由内到外存在温度梯度，导致合金内部存在不均匀的应力梯度，这种应力梯度可以使得加载条件下块体金属玻璃内部的应力重新分布，阻碍加载条件下金属玻璃内部剪切带的扩展，大大改善块体金属玻璃的压缩塑性，使金属玻璃可以在室温条件下柔性弯曲而不断裂。这对金属玻璃的减整器、可穿戴设备、应力传感器、机器人配件、柔性显示器、电脑键盘、手机等领域有广泛的应用。
成果亮点
团队介绍
成果资料
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