[發明專利]一種柔性塊體金屬玻璃的制備方法

有效

• 申請號: 201810517266.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108754198B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉海順;楊衛明;陳哲;張月;莫金勇;王明梓
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C33/06
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種柔性塊體金屬玻璃的制備方法，包括以下步驟：步驟一，按照塊體金屬玻璃的合金成分，將各原料放入干燥的熔煉設備中；在保護氣體存在的情況下，將各原料反復熔煉后制備成母合金錠；步驟二，將氧化物作為提純介質，對步驟一得到的母合金錠進行提純；步驟三，將石英加熱至熔融狀態，制備得到石英模具；步驟四，把石英模具封口后，將經提純后的母合金錠放置在石英模具中后，在保護氣體的存在下，加熱母合金錠至熔融，利用氣壓將熔融金屬壓至石英模具中后，并使熔融金屬均勻并充滿石英模具，然后取出立即放入冷水中淬火，從而得到柔性塊體金屬玻璃。本發明大大改善了塊體金屬玻璃的壓縮塑性，使金屬玻璃在室溫條件下柔性彎曲而不斷裂。

技術領域

本發明涉及一種柔性塊體金屬玻璃的制備方法。

背景技術

隨著柔性電子器件的發展，對材料綜合性能的要求越來越高，既要求材料具有高強度、耐磨耐腐蝕等性能，還要求材料在室溫下彎曲不斷裂，以滿足柔性器件可隨意變形的要求。大多數傳統材料很難勝任。金屬玻璃是一類原子排列不具有三維周期性結構，但在幾個原子間距范圍內仍然呈現出一定有序性的新型亞穩態非晶態合金材料。這類玻璃有別于傳統氧化物玻璃，原子之間存在金屬鍵結合，具有一定的導電能力；獨特的結構使其具有高強度、耐磨、耐腐蝕、優異的軟磁性能等許多優異的物理化學性能，在超精密機械、超靈敏傳感器、超低損耗鐵芯、電子器件、航空航天、軍事國防等領域有廣泛的應用前景。然而，這類材料致命的弱點就是缺乏宏觀室溫塑性變形能力，絕大多數金屬玻璃室溫壓縮塑性應變小于2％，特別是一些含有稀土元素的鐵基金屬玻璃，為典型的脆性材料，在未達到屈服前就會發生災難性斷裂；只有少數金屬玻璃具有一定的室溫壓縮塑性。到目前為止，金屬玻璃只有微米尺度范圍內的細絲或薄帶可以在室溫條件下彎曲而不發生斷裂，塊體金屬玻璃均不具有較大的室溫彎曲能力，大大制約了金屬玻璃的應用。這就迫切需要材料科學人員制備柔性的塊體金屬玻璃，突破制約金屬玻璃發展和應用的瓶頸，推動塊體金屬玻璃的大規模應用和發展。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性塊體金屬玻璃的制備方法，設計并引入梯度殘余應力，改變加載條件下的應力分布，阻礙剪切帶擴展，以克服現有塊體金屬玻璃脆、不能在室溫下隨意彎曲變形的弱點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種柔性塊體金屬玻璃的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，母合金錠的制備：按照塊體金屬玻璃的合金成分，由原子百分比換算成質量百分比，稱取各原料，然后將各原料放入干燥的熔煉設備中；將熔煉設備抽真空并洗氣；最后在保護氣體存在的情況下，將各原料反復熔煉后制備成母合金錠；

步驟二，母合金錠的提純：將氧化物作為提純介質，將提純介質放置在封好的石英管內抽真空后，放置在高溫爐中加熱，待提純介質完全熔化呈透明，打開石英管，將步驟一得到的母合金錠放入提純介質中，在溫度1250℃以上保溫至少4小時；

步驟三，石英模具的制備：將石英加熱至熔融狀態，對得到的石英熔體均勻加載，根據需要制備的柔性塊體金屬玻璃的形態，將石英拉長至相應的形狀，得到壁厚為0.2～0.5mm的石英模具，保持石英模具形狀穩定，離開加熱區，使石英模具自然冷卻，即得到石英模具；

步驟四，把步驟三制備的石英模具封口后，將經步驟二提純后的母合金錠放置在石英模具中后，采用與步驟一相同的方法進行抽真空并洗氣后，在保護氣體的存在下，加熱母合金錠至熔融，然后抽真空去除保護氣體，再充入保護氣體，利用氣壓將熔融金屬壓至石英模具中后，立即將含有熔融金屬的石英模具放在高溫爐中保溫，使熔融金屬均勻并充滿石英模具，然后取出立即放入冷水中淬火，從而得到柔性塊體金屬玻璃。

進一步的，所述保護氣體為氬氣、氮氣中的一種或者多種的混合；保護氣體的純度為體積百分比大于98％。

進一步的，所述步驟一中，熔煉設備抽真空后的真空度大于等于30Pa。