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金属玻璃的塑性变形、玻璃转变以及对玻璃转变温度的预测

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第一章引 言

1.1金属玻璃的起源及发展

1.2块体金属玻璃的制备

1.2.1水淬法

1.2.2熔体旋转法

1.2.3高压模铸法

1.2.4.单向凝固法

1.2.5电弧熔炼法

1.2.6吸铸法

1.2.7喷铸法

1.2.8磁悬浮熔炼

1.2.9静电悬浮熔炼

1.2.10粉末固结成形法

1.3金属玻璃的性能和应用

1.3.1机械性能

1.3.2磁学性能及耐腐蚀性能

1.3.3潜在应用

1.4论文选题和意义

参考文献

第二章金属玻璃中应变速率和温度对均匀变形的平衡应力的影响

2.1均匀变形的条件和特征

2.2金属玻璃平衡应力和平衡自由体积的关系

2.3应变速率和温度对平衡自由体积的影响

2.4本章小结

参考文献

第三章自由体积和温度对金属玻璃的断裂强度的影响

3.1自由体积对金属玻璃的断裂强度的影响

3.1.1引言

3.1.2自由体积对金属玻璃的断裂强度的影响

3.2温度对金属玻璃断裂强度影响

3.3本章小结

参考文献

第四章块体金属玻璃中弹性剪切模量和玻璃转变的关系

4.1金属玻璃变温过程中的相变和转变

4.2玻璃转变的特征

4.2.1可逆性

4.2.2黏度的剧烈变化

4.2.3熵、焓和体积的连续变化

4.2.4比热突变

4.2.5扩散行为

4.3玻璃转变的动力学和热力学

4.3.1玻璃转变的动力学

4.3.2玻璃转变的热力学

4.3金属玻璃的剪切弹性模量和玻璃转变的关系

4.4本章小结

参考文献

第五章金属玻璃的平均熔化温度和玻璃转变温度之间的关系

5.1引言

5.2金属玻璃的平均熔化温度和玻璃转变温度之间的关系

5.3本章小结

参考文献

第六章结论与展望

博士论文工作期间发表的学术论文

致谢

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摘要

金属玻璃由于其独特的性能,具有很高的应用价值,受到广泛关注。然而与晶体相比,对金属玻璃的理解还十分粗浅。特别是金属玻璃的塑性变形机制和玻璃转变过程是金属玻璃研究领域的两个难点。金属玻璃的塑性变形有非均匀和均匀两种形式。两种形式中,自由体积都对变形具有重要的影响,但是自由体积具体是如何影响变形的仍不清楚。通常,金属玻璃是通过快速冷却液体并避免结晶而得到的。在连续的过冷过程中,液体的黏度快速增加,并在特定的温度下冻结为非晶态固体,这一转变被定义为玻璃转变。虽然大量的实验观察到了玻璃转变现象,并且很多工作试着去解释这一现象,但是玻璃转变仍然是一个不清楚的基本问题。我们仍不知道液体是如何以及何时转变成玻璃的。此外从固态开始的玻璃态向过冷态转变的玻璃转变过程也是不清楚的。 本文对金属玻璃的塑性变形、玻璃转变以及对玻璃转变温度的预测进行了研究。主要结果如下: (1)考虑到在稳态流变过程中,应用的机械功和稳态时增加的能量守恒,金属玻璃的稳态流变应力仅依赖于变形前后约化自由体积的差值,我们发展了金属玻璃的平衡流变应力和约化自由体积之间的关系。这一关系和对稳态约化自由体积的分析显示温度和应变速率对平衡态流变应力的影响可以用两个简单的线性关系描述。温度和应变速率对平衡态流变应力的影响应归因于它们对平衡态约化自由体积的影响。 (2)研究了约化自由体积和测试温度对金属玻璃的非均匀变形断裂强度的影响,提出了一种金属玻璃断裂的可能解释,即当金属玻璃中自由体积增加到特定值时,系统会变得不稳定,紧接着发生断裂。 (3)对47种金属玻璃在绝对零度时的剪切模量G(O)和在玻璃转变温度时的剪切模量G(T8)进行计算。计算结果显示,对于金属玻璃体系,其玻璃转变温度时的剪切模量和室温时的剪切模量之比G(Tg),G(0)接近0.85这个常数。这说明金属玻璃在剪切模量减小到0.85G(0)这个特定值时发生玻璃转变。 (4)从金属玻璃的玻璃转变和金属熔化的相似性出发,发现金属玻璃的玻璃转变温度和平均熔化温度呈线性关系。由于平均熔化温度可以很方便地通过成分平均计算得到,金属玻璃的玻璃转变温度和平均熔化温度之间的这一关系,提供了一种推断和设计具有期待玻璃转变温度的金属玻璃的有效方法。

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