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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
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高压对金属玻璃性能的影响和金属玻璃β弛豫行为研究

薛荣洁  
【摘要】:弛豫一直是非晶态材料的基本问题,也一直是非晶材料研究的热点方向。本文首先研究了金属玻璃的β弛豫行为。不同于大多数金属玻璃体系,我们制备出的LaGa基三元金属玻璃具有明显的β弛豫峰。我们用镓元素分别替代镧、钴和镍这三种元素,都发现随着镓元素含量的增加,β弛豫峰越来越明显。通过应力弛豫方法,研究了镓含量不同的金属玻璃的应力弛豫行为,得出了它们的非均匀性和流变单元的的演变规律。由于镓元素的熔点非常低,在近室温镓原子可以被看出是类液体原子,是金属玻璃的流变单元主要组成。通过流变单元模型很好的解释了镓元素对金属玻璃的β弛豫行为的影响。具有明显β弛豫峰的LaGa基金属玻璃可以作为模型体系研究金属玻璃的弛豫和塑性机理。高压是调节材料结构和性能有效的手段。在Pd40.16Ni9.64Cu30.12P20.08金属玻璃中,通过室温高压的方法制备出了超稳定大块金属玻璃。超稳定金属玻璃具有更高的玻璃转变温度和晶化温度,表现出更高的动力学稳定性。超稳定金属玻璃同时还具有更高的密度和硬度。即使将超稳定玻璃进行升温至过冷液相区处理,它依然保持着原来的稳定性,说明它具有很高的热稳定性。通过调节压力,研究了金属玻璃的稳定性、硬度和密度的演变规律,发现它们都随压力单调增加。这一结果说明高压是制备高稳定性和性能的大块金属玻璃非常独特和有效的手段,可以推动金属玻璃的设计和理解金属玻璃基本问题。玻色峰一直是非晶材料重要的低温物性。我们研究了高压和退火对典型金属玻璃的玻色峰和热膨胀的影响。在退火过程中,我们发现玻色峰强度和线性热膨胀系数表现出单调衰减行为,而在高压下,玻色峰强度和线性热膨胀系数都先减小后增加。在高压下和退火过程中,玻色峰强度和线性热膨胀系数都表现出了明确的线性关系。这种线性关系说明了玻色峰与非简谐振动有直接的关联,并提供了清晰的图像深入地理解玻色峰的本质。为了探索具有室温和高温的零膨胀和负膨胀材料。我们研究了压力对材料热膨胀性能的影响。先通过室温高压方法调节了金属玻璃的微观结构,后将金属玻璃进行晶化处理,我们制备出了正膨胀、近零膨胀和负膨胀材料。通过调节压力,Pd40.16Ni9.64Cu30.12P20.08晶体材料的热膨胀系数可以在1.49×10-5/K到-2.93×10-5/K范围内可控的调节,可以实现零膨胀。近零膨胀和负膨胀材料在室温到553 K温区内的平均线性膨胀系数分别是0.67×10-5/K和-2.39×10-5/K。晶体的线性热膨胀系数随着压力的升高而逐渐减小,是由于压力使得金属玻璃的流变单元减少,微观结构非均匀性减弱,从而使得晶体材料中富Cu而无Pd的析出晶体相Ⅰ逐渐较少,而含有Pd和Cu元素的基底晶体相Ⅱ逐渐增多。这一结果说明高压是制备室温和高温零膨胀和负膨胀材料非常独特和有效的手段,可以推动材料的设计和应用,和帮助理解金属玻璃和零负膨胀材料的基本问题。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O521;TG139.8

【参考文献】
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