无缺陷Wf金属玻璃复合材料的制备(2)
璃作为高强度结构材料所表现出的巨大应用潜力,它具有高强度、高硬度、高弹性极限、
耐磨性、耐蚀性等，因此可以在很多领域有广泛的应用。但是大量研究结果表明，块
体金属玻璃（BMG）在承受载荷时极易发生局域剪切破坏，表现出室温宏观脆性[1-3]
。
国内外学者在这方面做了大量的研究，采用各种复合手段和方法，试图提高金属玻璃
韧塑性，开发出各种合金体系、不同微观结构及增塑机理的块体金属玻璃复合材料。
其中，钨纤文增韧金属玻璃即是一个成功例证，可有效提高其韧塑性，同时提高其密
度和硬度，力学测试结果表明，断裂面与最大主应力方向呈 45°角，在穿透物体的过
程中有很好的自锐性，这些特征使其成为动能穿甲弹用材料的优先选择[4]
。
1.1 块状金属玻璃的发展历程
金属材料作为当今应用最为广泛的材料，它的发展经历了漫长的岁月，但以前人
们常使用的是金属的晶体材料。自从二十世纪吹冰十年代美国科学家 DuWez
[5]
等人采用
熔体急冷法首次出制备出 Au-Si 非晶合金薄片，标志着非晶材料的问世，从此开创了
熔体急冷法制备非晶合金的历史，然后人们努力探求制备出大尺寸的块体金属玻璃材
料。在 1974 年，Chen[6]
采用吸铸法制备出了毫米级 Pd-Cu-Si 非晶合金捧，熔体的冷
却速度达103 K/s，如果是把毫米量级作为块体非晶合金的尺度，那这就是块状金属玻
璃研究方向上的重大突破和新的开端。在八十年代后，日本的 Inoue 及其合作者[7]
先后
研究了 Pd 基以外的稀土基、Zr 基、Mg 基等金属玻璃块体材料的制备方法、成形能力
和晶化过程，研究并制备出了 La -A1- Cu、 La-Al-Ni、Mg- Y- Cu、Zr-Cu-Ni-Al 等合金
系块体金属玻璃材料。他们在研究中还发现这些合金具有较大的过冷液态区△Tx(△Tx =
Tx-Tg ，△Tx 为金属玻璃晶化温度， Tg为玻璃转变温度)。
再后来，Peker 等[8]
、Lin 等[9]
研制出Zr-Ti-Cu-Ni-Be系的大块金属玻璃，并用铸造
的方法得到了 50～100 mm 的试样和大尺寸板件，其形成玻璃的临界冷却速度在 l K/s
以下。虽然Be是一种对环境不利元素，但这种合金体系的出现，却预示着可以制造出
更大尺寸的金属玻璃。在 Inoue和Johnson 的研究基础之上，先后研制出 Al 基，Fe基， Pd基，Ti 基和Cu 基等块体金属玻璃的合金体系等。
近年来，金属玻璃复合材料的研究依然引起人们的广泛关注。Inoue
[10]
提出了在某
些具有多级晶化反应的块体金属玻璃形成过程中，通过部分晶化处理，在非晶基体上
析出纳米级的粒子来改善材料的性能。Couner 等[11]
在金属玻璃基体上加入强化粒子和
金属丝形成复合材料方面做了大量的研究工作,并取得了重大突破。
综上所述，金属玻璃的发展历程可分为三个阶段[12]
：第一阶段是从 1930s～1960s，
是探索阶段；第二阶段是从 1970s～1980s,为研究活跃期，期间人们研制出许多不同体
系和种类的金属玻璃；第三阶段为 90年代以后，人们在寻求较强形成能力的金属玻璃
合金体系和制备块体金属玻璃。
非晶复合材料的出现和快速的发展标志着块体金属玻璃材料开始从理论走向实际
应用。
1.2 块体金属玻璃（BMG）的形成机制
1.2.1 金属玻璃的形成原理
玻璃化转变是指液体向玻璃态转变的过程。其中涉及到了热力学的两个非平衡状
态——过冷液体和玻璃态。从实验时间尺度上看，过冷液体是经历各态的，为准平衡