金屬玻璃

金屬玻璃

金屬玻璃又稱非晶態合金,它既有金屬和玻璃的優點,又克服了它們各自的弊病。如玻璃易碎,沒有延展性。人們讚揚金屬玻璃為敲不碎、砸不爛的玻璃之王。製造金屬玻璃的關鍵是保持極高的冷卻速度,要在千分之一秒的時間內,把熔化的金屬材料冷卻為固體,這樣的冷卻速度等於在一秒鐘內把溫度突然降低100萬攝氏度。由於冷卻速度太快了,熔化的合金液體來不及調整為晶體結構,突然被凝固成毫無秩序的固態。幾乎所有的金屬都可以通過快速凝固的方式成為金屬玻璃。人們最初使用的是一種金矽合金。現在常常用鐵作為主要材料,因為它的價格比較便宜,而且電磁性能也比較好。1974年美國首先製成的商品材料金屬玻璃(Metglas)和1975年日本製成的商品材料非晶態金屬(Amomet)都是鐵基合金。

基本信息

簡介

金屬玻璃金屬玻璃
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。

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

金屬玻璃家具金屬玻璃家具
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

何納喬利用感應熔爐 (induction furnace) ,很快地將金屬混合物溶化,變為金屬玻璃 。何納喬利用感應熔爐 (induction furnace) ,很快地將金屬混合物溶化,變為金屬玻璃 。

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

美國科學家製成超強金屬玻璃 比鋼鐵更結實美國科學家製成超強金屬玻璃 比鋼鐵更結實

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
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

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