簡介
在大多數人想到玻璃時,玻璃板的概念便迅速躍人我們的腦海中。但在一定的條件下,金屬也能做成玻璃,例如:這種玻璃可作為電力變壓器和高爾夫球棍的理想材料。巴爾的摩港,約翰斯·霍普金斯(JohnsHopkins)大學研究員ToddC.Hufnagel正在研究一種生產超強,富有彈性和磁性特點的金屬玻璃的方法。Hufnagel希望了解,金屬玻璃形成時,發生溶化金屬冷卻成固體時的金相轉變。對科學家來講,玻璃是任何能從液體冷卻成固體而無結晶的材料。大多數金屬冷卻時就結晶,原子排列成有規則的形式稱作晶格。如果不發生結晶並且原子依然排列不規則,就形成金屬玻璃。
不象玻璃板,金屬玻璃不透明或者不發脆,它們罕見的原子結構使它們有著特殊的機械特性及磁力特性。普通金屬由於它們晶格的缺陷而容易變形或彎曲導致永久性地失形。對比之下,金屬玻璃在變形後更容易彈回至它的初始形狀。缺乏結晶的缺陷使得原鐵水的金屬玻璃成立有效的磁性材料 。
發展簡史
在1950年,冶金學家學會了通過混入一定量的金屬——諸如鎳和鋯一去顯出結晶體。當合金的薄層在每秒一百萬攝氏度的速率下冷卻時,它們形成金屬玻璃。但因為要求迅速冷卻,它們只能製造成很薄的條狀物、導線或粉末。最近,科學家通過混合四到五種不同大小原子的元素,去形成諸如條狀的多種多樣的金屬玻璃。變化原子大小使它混合而形成玻璃從而變得更韌。這些新合金的用途之一是在商業上用來製造高爾夫球棍的頭。
生產工藝
在國家科學基金和美國軍隊研究總局的支助下,Hufnagel已建立了試驗新合金的實驗室。他試圖創建一種在高溫下將依然為固體並不結晶的合金金屬玻璃,使它能成為發動機零件有用的材料。該材料也可用於穿甲炮彈等軍事場合。不象大多數結晶金屬炮彈,在衝擊後從平的形狀變為蘑菇形狀,Hufnagel相信;金屬玻璃彈頭的各邊將轉向並給出最好穿透力的削尖射彈。製造厚的、笨重形狀的金屬玻璃是困難的,因為大多數金屬在冷卻時會突然出現結晶現象,製造玻璃,金屬必會變硬,因為晶格成形時會改變,從純金屬——諸如銅、鎳去創建玻璃,它將以每秒鐘一萬億攝氏度的速率下冷卻。成分結構
大部分的金屬在冷卻時都會結晶,把它們的原子排列成有規則的圖案,叫做格構(lattice)。但如果結晶不出現,原子便會隨機排列(randomarrangement),成為金屬玻璃(metallicglass)。
普通玻璃的原子也是隨機排列,但它不是金屬。金屬玻璃並不透明,它擁有獨特的機械(mechanical)和磁性(magnetic)特質,不易破碎和不易變形(deform)。它是製造變壓器、高爾夫球棒和其他產品的理想物料。
目前生產的金屬玻璃是較薄和較細的,因為金屬冷卻時很快便會結晶,所以需要非常快的冷凍。美國約翰斯鶴健士大學(JohnHopkinsUniversity)的研究員何納喬(ToddHufnagel),正研究如何生產有超級強力、彈力和磁力特質,但是較為大塊的金屬玻璃。這種新的金屬會保持固體而不會在高溫下結晶,這將會適於製造引擎零件及軍用武器。
用鐵造的金屬玻璃是很好的磁性物質,而且由於加熱後便變得柔軟,容易鑄造成不同形狀的製成品。
最新資料
美科學家發明超強可塑性金屬玻璃比鋼鐵更牢固
男孩們在踢足球時,不小心把球踢到窗戶上,打碎玻璃的事情將會一去不復返,因為美國科學家已經製成比鋼鐵更難打破的金屬玻璃。
這種容損金屬玻璃是把五種成分結合在一起製成的,其中包括稀有金屬鈀。其他金屬成分增強了這種新型玻璃的強度,而鈀則增加了它的可塑性,防止玻璃碎裂。美國能源部的材料學家羅伯特·里奇博士說:“這使這種玻璃具有超強的可塑性,在遇到巨大的衝擊力時,它會發生彎曲,而不是碎裂。這種強度和韌性的完美結合,或者說損傷容限的罕見組合,使它成為所有已知材料中強度和韌性最強的材料。”
不過它存在一個重要缺陷——鈀金屬及其昂貴。目前鈀的市場交易價格是每盎司超過500英鎊(787.55美元),與之相比,金價才為每盎司830英鎊(1307.33美元)。不過里奇認為,這種玻璃藉助“不能打破”的獨特賣點,將能克服這一缺點。他說:“傳統觀念認為,材料的強度和韌性是一對相互排斥的特性。而我們正在逆流而上,我們把容損封套套用到結構金屬上,令其既堅固,韌性又好。”
剛開始時,新金屬玻璃樣本是把鈀、磷、矽和鍺元素混合在一起生成的直徑大約是1毫米玻璃棒。加利福尼亞大學的研究人員通過增加銀元素,進一步把這種玻璃棒的直徑擴大到6毫米。里奇說:“現在我們正在努力增強它的可塑性,通過改變合成成分,使其不像其他金屬玻璃一樣容易碎裂。”這種新型玻璃是由美國能源部和加州理工學院的科學家研製的。
玻璃分類
玻璃是由二氧化矽和其他化學物質熔融在一起形成的(主要生產原料為:純鹼、石灰石、石英)。在熔融時形成連續網路結構,冷卻過程中粘度逐漸增大並硬化致使其結晶的矽酸鹽類非金屬材料。一下是按工藝、生產和成分分類 | ||
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按工藝 | 按生產 | 按成分 |
lowe玻璃 | 鋼化玻璃 | 普通玻璃 |
熱熔玻璃 | 磨砂玻璃 | 石英玻璃 |
浮雕玻璃 | 噴砂玻璃 | 鋼化玻璃 |
鍛打玻璃 | 壓花玻璃 | 鉀玻璃 |
晶彩玻璃 | 夾絲玻璃 | 硼酸鹽玻璃 |
琉璃玻璃 | 中空玻璃 | 變色玻璃 |
夾絲玻璃 | 夾層玻璃 | 光學玻璃 |
聚晶玻璃 | 防彈玻璃 | 彩虹玻璃 |
玻璃馬賽克 | 熱彎玻璃 | 防護玻璃 |
鋼化玻璃 | 玻璃磚 | 微晶玻璃 |
夾層玻璃 | 玻璃紙 | 玻璃纖維 |
中空玻璃 | LED光電玻璃 | 玻璃絲 |
調光玻璃 | 調光玻璃 | 玻璃鋼 |
發光玻璃 | 節能玻璃 | 玻璃紙 |
水玻璃 | ||
金屬玻璃 | ||
螢石 |