我國非晶合金材料研究有突破 可極大提高穿甲彈性能

近日，我國在非晶合金原子結構研究方面取得突破性進展，相關成果在線發表於《科學》雜誌。非晶合金是目前世界各國爭相研製的重要新型材料，從智能手機外殼到穿甲彈，從變壓器鋼片到專業高爾夫球杆，這種新型材料的應用前景極為廣泛。

美國vitreloy合金常被成為液態金屬，實際上是一種非晶合金材料

據悉，上海交通大學材料科學與工程學院教授陳明偉領銜的國際研究團隊在非晶合金原子結構的研究方面取得突破性進展，首次在實驗上表徵了非晶中重要結構單元二十面體團簇的原子空間構型，並證明二十面體原子團簇的幾何不穩定性是非晶形成的結構起源。

專家認為，該研究是非晶結構研究上取得的又一重大進展，將推動對非晶中很多基本科學難題，如玻璃轉變問題、非晶形變機制等的研究，為探索新型非晶材料提供指南。相關研究成果日前在線發表於《科學》雜誌。據悉，該項研究得到了國家自然科學基金的資助。

目前，非晶合金運用的主要領域包括，電力電子元件，例如高級音響刺頭、高頻電源用變壓器、扼流圈、磁放大器等。美國的非晶體金屬公司和日本日立金屬公司在非晶合金應用方面居前列。此外現代廣泛使用的CD-RW刻錄盤的刻錄曾也運用了非晶原理。

美國液態金屬公司用vitreloy材料製造的高爾夫球杆擊球頭

目前，在非晶合金材料研究領域，除了已較常見的利用非晶材料優良電磁特性的應用之外，出現了利用非晶合金材料的強度、硬度等特殊性能的新型材料。這些非晶合金材料將來可在如下領域發揮重大作用。

1、航空航天領域 利用大塊非晶合金的高比強度，比剛度的優異力學性能，製造航空航天器的主框架，結構珩架，軸承，反射鏡支架等結構材料，可大比例的減輕重量，相當於提高了航空發動機的推力比。

使用非晶合金材料製造的多種高強度工具

2、軍事兵器領域 由於大塊非晶合金材料在高速載荷作用下具有非常高的動態斷裂韌性，在侵徹金屬時具有良好的自鋭性，是穿甲彈芯的首選材料之一。國外目前開發研製的Zr基非晶合金的斷裂韌性可達60Mpa.m1/2，是已發現的最為優異的穿甲彈芯材料。同時利用大塊非晶合金的高硬度特性還可以成為穿甲防護材料，如裝甲，防彈背心等。據悉，我國在這一領域也已經取得進展，據網上公開的相關學術論文，我國在這一領域研究中的項目有塊狀非晶鋯合金彈丸等。與目前美國常用的貧鈾合金穿甲彈芯相比，這種材料不僅可以避免殘留放射性等可怕的後遺症，而且穿甲性能也將比現有材料有很大提高。

iPhone上某個不引人注意的部件就是非晶合金材料製造

3、精密機械及汽車工業 利用非晶結構的特點可以加工出高精度無缺陷的微型齒輪傳動機構；利用其高硬度，高耐磨性能可製造汽車發動機中的液壓油缸，活塞等耐磨零部件，可大幅度提高其使用壽命。

目前中美等國正在研究使用特殊非晶合金材料製造穿甲彈，將比現有鎢合金和鈾合金穿甲彈芯更具威力

4、化學工業 利用其抗多種介質腐蝕的特性，可採用大塊非晶合金材料製備耐腐蝕零部件，可大幅度提高其使用壽命。

5、醫療與體育器材 大塊非晶合金的耐腐蝕性能可成為固定骨折夾板和釘的首選材料；優良的比剛度，比強度和高的硬度是高級體育競賽如單槓，雙槓和撐杆的最好材料。在高爾夫杆頭的擊球面，大塊非晶合金材料已星到成功的應用。

非晶合金材料與普通金屬材料的原子結構區別，右為非晶合金材料

6、其他方面 利用其優良的化學活性可生產出極好的化學反應催化和光催化材料，利用其優良的軟磁，硬磁特性可作為傳統磁性材料的升級替代品，利用其獨特的膨脹特性等物理性能可用於製造具有更高靈敏度的各種精密零部件和熱雙金屬器件，此外利用其在特定温度下的超塑性可實現超塑性變形和加工。

儘管對非晶材料的使用已有相當長的歷史，但人類對其結構和性能的認識並不十分清楚，仍有大量長期懸而未決的基本科學問題。造成這一現狀的根本原因在於非晶結構無法進行有效的實驗表徵。非晶結構表徵成為制約非晶物理和材料發展的瓶頸。

我國非晶合金的研究整體起步晚於美國和日本，但發展很快，特別是進入新世紀後，在研究和產業方面都取得了長足的進展。隨着我國整體制造水平的提升，科研穩定投入機制和創新體系的簡歷，為我國最終趕超世界先進水平提供了最佳的時機。

非晶合金材料的未來應用領域展望

中國從1976年開始非晶合金領域的研究，國家科技部從“六五”開始連續5個五年計劃均將非晶、納米晶合金研究開發和產業化列入重大科技攻關項目。2000年9月建成年產600噸非晶配電變壓器鐵芯生產線，首次成功噴出220毫米非晶寬帶，是非晶帶材的生茶能力達到千噸級，躍居世界前三。“十五”期間，納米晶帶材及其製品產業化開發被列入重大科技攻關計劃。而今，終於取得了這一重大突破。