中國科學(xué)家成功制備高性能金屬玻璃

經(jīng)過多年攻關(guān)，我國科學(xué)家近年來在金屬玻璃的制備和機(jī)理研究上獲得一系列重大進(jìn)展，并成功制備出用于衛(wèi)星太陽能電池等伸展機(jī)構(gòu)的非晶合金材料。

非晶合金又稱金屬玻璃，由于其不同于晶體的特殊原子排列結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出超高比強(qiáng)、大彈性變形能力、低熱膨脹系數(shù)等特異性能，受到各國科學(xué)家重視，成為當(dāng)今最活躍的材料學(xué)研究領(lǐng)域之一，孕育著繼鋼鐵、塑料之后的第三次材料工業(yè)革命。上世紀(jì)80年代末以來，美國、日本、歐盟等都加大了對這一領(lǐng)域的支持力度，設(shè)立了相關(guān)重大研究項目。

2007年起，在科技部、國家自然科學(xué)基金委等部門支持下，來自北京航空航天大學(xué)、中科院物理所和金屬所、北京科技大學(xué)、清華大學(xué)等院所的科學(xué)家，組成國家“973”計劃“高性能輕質(zhì)非晶態(tài)合金若干關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究”項目研究團(tuán)隊，向高性能非晶態(tài)合金領(lǐng)域發(fā)起了科研攻關(guān)。

47歲的北京航空航天大學(xué)教授、“973”項目首席科學(xué)家張濤是塊狀非金屬合金的開創(chuàng)人之一。上世紀(jì)80年代末90年代初，他在日本留學(xué)時探索發(fā)現(xiàn)了稀土基和鋯基等塊狀非晶態(tài)合金，成為塊體非晶態(tài)合金研究的開端，受到國際材料界的關(guān)注。他還將鐵、鎳、銅等合金制備成了高強(qiáng)度的金屬玻璃。

“和相應(yīng)的晶態(tài)合金比，非晶合金具有高強(qiáng)度、熔點低、流動性好等特點，幾乎可以像塑料一樣成形，能夠?qū)崿F(xiàn)短流程精密制備復(fù)雜形狀的零部件。”張濤說。

2003年，張濤回到祖國，并在北航建立了非晶態(tài)合金實驗室。近年來，他的團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了多種新型非晶態(tài)合金體系，而且在金屬玻璃形成機(jī)理上取得了進(jìn)展，成功將鋁、鎂、鈦等輕質(zhì)合金也制備成金屬玻璃。

大型太陽能電池陣伸展機(jī)構(gòu)、空間探測器的盤壓伸桿等零部件是衛(wèi)星關(guān)鍵部件，要求材料有高強(qiáng)度高彈性等特性。由于我國沒有這種高性能材料，這些部件往往要依靠進(jìn)口。張濤的團(tuán)隊成功制備出用于衛(wèi)星太陽能電池陣伸展機(jī)構(gòu)的非晶合金材料，為應(yīng)用創(chuàng)造了可能。在實驗室，記者見到了這種用鈦基金屬玻璃制成的衛(wèi)星太陽能電池用的盤壓伸桿，20厘米長螺旋狀的盤壓伸桿打開后能達(dá)2米長。

“這意味我國的大型太陽能電池陣，今后有可能插上用金屬玻璃制作的‘中國式翅膀’飛上太空。”張濤高興地說。

科學(xué)家還將金屬玻璃粉體用于潤滑等領(lǐng)域，利用其高硬度、高彈性、低摩擦系數(shù)等特性，提高了潤滑油的性能。

“金屬玻璃的研究還剛起步，尚有大量基礎(chǔ)和應(yīng)用問題有待研究。”張濤說，課題組將在加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的同時在航天航空等領(lǐng)域進(jìn)行更多的應(yīng)用研究。