中科院对金属玻璃断裂规律进行10年探索

【 www.FsTaoci.Com 】材料破坏规律的探索者——金属玻璃断裂规律研究10年回顾

现代航空、航天飞行器制造，往往会使用上百种材料制作各种不同用途的零构件，如果有一个关键部位的承载零构件出现失效，灾难性事故随将之而来。材料的破坏，关系到国民经济与人民生命财产等诸多方面。

中国科学院金属研究所副所长、研究员张哲峰从2003年开始了金属玻璃断裂规律的10年探索，其研究成果有望为揭示世间众多材料的共性破坏规律打开一扇门。

金属玻璃的优劣性

金属玻璃又叫液态金属或非晶态合金。玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料，而大多数金属材料是晶体材料，其原子排列呈现周期性规律。从液体冷却时，金属晶体材料会结晶，而金属玻璃却像玻璃一样不发生结晶，原子排列如同冻结的金属液体一般呈现无序排列。

“一般金属晶体材料中总会存在缺陷，如位错。缺陷的存在使金属晶体的强度远小于完美晶体的理论强度。”张哲峰团队成员屈瑞涛博士在接受《中国科学报》记者采访时说。

金属玻璃因内部无位错等晶体缺陷的原子结构，决定其拥有很多晶态金属无法比拟的优越性，比如非常高的强度(或硬度)。科学实验表明，1根直径2毫米的超强金属玻璃能支撑起一辆质量约1.5吨的小汽车，使用相同直径的钢筋大约需要7～10根。

因此，金属玻璃有作为结构材料使用的潜力，目前的主要问题是多数金属玻璃塑性变形能力比较差。张哲峰的研究方向是材料的疲劳与断裂，主要目标是提出或发展新的材料破坏准则、模型与理论，为解决工程材料的破坏问题提供理论支持与指导。

经典理论无法解释

“金属玻璃是材料家族中重要的一员。我刚一接触这一材料体系时便有很大兴趣，从2002年开始进行各种力学性能试验，发现了一些有意思的现象，进而开始考虑如何予以解释。”张哲峰告诉记者。金属玻璃在拉伸或压缩这样的单向加载时，断裂均为剪切断裂，断裂发生的面为平坦的斜面，如同剪刀剪断一个细棒的切口，断裂面与加载方向成一定角度，叫剪切角。在单向加载时，具有最大剪切应力的面与加载轴呈45度。

2003年，张哲峰研究发现，金属玻璃在拉伸与压缩时剪切角都偏离了45度，拉伸时比45度大，压缩时比45度小。这一奇妙的现象暗示着金属玻璃的剪切断裂除了切应力的驱动之外，似乎还受到正应力的影响。

随后，张哲峰寻找了大量不同金属玻璃的断裂数据，发现都有同样的规律，即拉伸与压缩断裂角不同且都偏离45度，这说明正应力对断裂的影响是金属玻璃的本质规律。

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