美国橡树岭国家实验室研制成一种称为“金属玻璃”的新型钢材
- 发布时间：2012/12/7 10:12:53
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美国橡树岭国家实验室的专家研制成一种称为“金属玻璃”的新型钢材。在正常条件下，这种钢材的硬度是常规钢材的两倍，而且具有抗腐蚀、有磁性以及强度高等特性。
美国专家研究出来的钢材具有的品质与普通钢材不同，其特殊之处在于结构。传统钢材中的铁原子和碳原子的排列是有序的，这些原子组成了许多小系统，这些小系统又组成了大系统。这种组合有点象彩色墙纸的组合，彩色墙纸的组合可以反映人们的装饰意图。但问题是，这样组合的墙纸在往墙上粘贴时，却往往会显出不规则和偏差。结晶材料也是如此。
连接两个晶粒的能量低于凝聚一个晶粒的能量。于是两个晶粒之间的间隙就形成了一个脆弱区，断裂和腐蚀就是从这里发生的。这是材料的真正弱点所在：一旦受到过大的外力，首先承*的就是结合部。人们周围的固体（从食盐到岩石）就是这样。
新型钢材则不会如此。在显微镜下，这种钢材的结构没有规律性，各组成部分之间的似乎很混乱。在常规钢里加入铬、钴、钼、镁和硼，就可以得到一种新的、非晶质的钢。美国冶金化学研究中心的帕特里克.奥金指出：这是一种只有玻璃才具有的特点。所以人们称这种钢材和其他非晶质金属为“金属玻璃”。
在传统玻璃中，获得这种特性靠的是二氧化硅混合物的突然冷却。由于突然冷却，液体来不及结晶，于是原子便成无序排列状态了。要生产出“金属玻璃”，冷却的速度需要更快：每秒钟需降温数百万度。专家们采取的*个办法是将熔化的碳铁合金倒在冷却的铜轮上。随着铜轮的转动，铜轮上形成了薄薄一层碳铁合金。由于很薄，所以这层碳铁合金能被迅速冷却，于是便得到了一种其结构为非晶质的材料。
但这样生产的“金属玻璃”在应用方面有其局限性（目前主要用于生产电子元件）。用这么薄的金属玻璃怎么能建造钢柱或装甲?于是美国和日本的一些科研小组开始研究生产“大块”非晶质材料的方法。需要解决的一个关键问题是：怎样使“大块”合金每秒钟均匀冷却数百万度?如果不能均匀冷却，其中心部位就会冷却较慢，从而形成结晶。
一位名叫阿兰.亚瓦里的冶金专家说：“冶金工作者们*以来一直在摸索，他们探索出在已经很复杂的混合物中需加入的新物质及其比例，以便降低液化温度和推迟结晶时间。zui后，美国专家们发现金属钇可以解决这个问题：加入l.5%的钇可以使混合物的熔化温度下降，这大大有助于生产非晶质材料所需要的迅速降温。
这种新的钢材所具有的优点使军事界和体育界人士惊喜不已。对军事部门来说，可以利用它生产防弹背心或装甲，而这种防弹背心或装甲不但不会被枪弹击穿，还可以把枪弹反弹回去;对体育部门来说，可以利用它制作网球拍或高尔夫球杆。此外，由于这种钢材的原子之间几乎没有间隙，氧气无法渗入其中，因而不会被腐蚀。这在珠宝业也有重要用处。