我国非晶合金材料研究有突破 可极大提高穿甲弹性能

近日，我国在非晶合金原子结构研究方面取得突破性进展，相关成果在线发表于《科学》杂志。非晶合金是目前世界各国争相研制的重要新型材料，从智能手机外壳到穿甲弹，从变压器钢片到专业高尔夫球杆，这种新型材料的应用前景极为广泛。

美国vitreloy合金常被成为液态金属，实际上是一种非晶合金材料

据悉，上海交通大学材料科学与工程学院教授陈明伟领衔的国际研究团队在非晶合金原子结构的研究方面取得突破性进展，首次在实验上表征了非晶中重要结构单元二十面体团簇的原子空间构型，并证明二十面体原子团簇的几何不稳定性是非晶形成的结构起源。

专家认为，该研究是非晶结构研究上取得的又一重大进展，将推动对非晶中很多基本科学难题，如玻璃转变问题、非晶形变机制等的研究，为探索新型非晶材料提供指南。相关研究成果日前在线发表于《科学》杂志。据悉，该项研究得到了国家自然科学基金的资助。

目前，非晶合金运用的主要领域包括，电力电子元件，例如高级音响刺头、高频电源用变压器、扼流圈、磁放大器等。美国的非晶体金属公司和日本日立金属公司在非晶合金应用方面居前列。此外现代广泛使用的CD-RW刻录盘的刻录曾也运用了非晶原理。

美国液态金属公司用vitreloy材料制造的高尔夫球杆击球头

目前，在非晶合金材料研究领域，除了已较常见的利用非晶材料优良电磁特性的应用之外，出现了利用非晶合金材料的强度、硬度等特殊性能的新型材料。这些非晶合金材料将来可在如下领域发挥重大作用。

1、航空航天领域 利用大块非晶合金的高比强度，比刚度的优异力学性能，制造航空航天器的主框架，结构珩架，轴承，反射镜支架等结构材料，可大比例的减轻重量，相当于提高了航空发动机的推力比。

使用非晶合金材料制造的多种高强度工具

2、军事兵器领域 由于大块非晶合金材料在高速载荷作用下具有非常高的动态断裂韧性，在侵彻金属时具有良好的自锐性，是穿甲弹芯的首选材料之一。国外目前开发研制的Zr基非晶合金的断裂韧性可达60Mpa.m1/2，是已发现的最为优异的穿甲弹芯材料。同时利用大块非晶合金的高硬度特性还可以成为穿甲防护材料，如装甲，防弹背心等。据悉，我国在这一领域也已经取得进展，据网上公开的相关学术论文，我国在这一领域研究中的项目有块状非晶锆合金弹丸等。与目前美国常用的贫铀合金穿甲弹芯相比，这种材料不仅可以避免残留放射性等可怕的后遗症，而且穿甲性能也将比现有材料有很大提高。

iPhone上某个不引人注意的部件就是非晶合金材料制造

3、精密机械及汽车工业 利用非晶结构的特点可以加工出高精度无缺陷的微型齿轮传动机构；利用其高硬度，高耐磨性能可制造汽车发动机中的液压油缸，活塞等耐磨零部件，可大幅度提高其使用寿命。

目前中美等国正在研究使用特殊非晶合金材料制造穿甲弹，将比现有钨合金和铀合金穿甲弹芯更具威力

4、化学工业 利用其抗多种介质腐蚀的特性，可采用大块非晶合金材料制备耐腐蚀零部件，可大幅度提高其使用寿命。

5、医疗与体育器材 大块非晶合金的耐腐蚀性能可成为固定骨折夹板和钉的首选材料；优良的比刚度，比强度和高的硬度是高级体育竞赛如单杠，双杠和撑杆的最好材料。在高尔夫杆头的击球面，大块非晶合金材料已星到成功的应用。

非晶合金材料与普通金属材料的原子结构区别，右为非晶合金材料

6、其他方面 利用其优良的化学活性可生产出极好的化学反应催化和光催化材料，利用其优良的软磁，硬磁特性可作为传统磁性材料的升级替代品，利用其独特的膨胀特性等物理性能可用于制造具有更高灵敏度的各种精密零部件和热双金属器件，此外利用其在特定温度下的超塑性可实现超塑性变形和加工。

尽管对非晶材料的使用已有相当长的历史，但人类对其结构和性能的认识并不十分清楚，仍有大量长期悬而未决的基本科学问题。造成这一现状的根本原因在于非晶结构无法进行有效的实验表征。非晶结构表征成为制约非晶物理和材料发展的瓶颈。

我国非晶合金的研究整体起步晚于美国和日本，但发展很快，特别是进入新世纪后，在研究和产业方面都取得了长足的进展。随着我国整体制造水平的提升，科研稳定投入机制和创新体系的简历，为我国最终赶超世界先进水平提供了最佳的时机。

非晶合金材料的未来应用领域展望

中国从1976年开始非晶合金领域的研究，国家科技部从“六五”开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目。2000年9月建成年产600吨非晶配电变压器铁芯生产线，首次成功喷出220毫米非晶宽带，是非晶带材的生茶能力达到千吨级，跃居世界前三。“十五”期间，纳米晶带材及其制品产业化开发被列入重大科技攻关计划。而今，终于取得了这一重大突破。