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自1960年Au-Si带状金属玻璃发明以来,经过几十年时间,非晶材料和物理学科得到了日新月异的发展。研究者们发明了众多金属玻璃的制备方法,开发出大量的金属玻璃体系,对金属玻璃的性质进行了广泛深入的研究。
本文从模量规则出发,通过引入低模量的锂元素,开发出具有低玻璃转变温度(室温到水的沸点之间)、低弹性模量(~20 GPa,和人骨的模量相当)和低密度(~2 g·cm-3),同时具有类似塑料的优异的低温热塑性成型能力的CaLi基块体金属玻璃。本文对这类合金体系的合成和形成能力进行了系统的研究,发现大多数成分可以获得2-3 mm临界尺寸的金属玻璃,通过微量元素的掺杂以及制备方法的改良,其临界玻璃形成尺寸可以显著提高到5 mm。
研究发现,与其它体系的金属玻璃相比,CaLi基块体会属玻璃表现出一些独特的性质,如良好的导电性,高的室温热稳定性,强的过冷液体行为。特别是,由于以Ca元素作为基元,CaLi基块体金属玻璃具有良好的生物可降解性,并且这种可降解性可以通过合金成分的设计和表面处理进行调制。因此,综合了低密度、低模量和可降解性的CaLi基块体会属玻璃是一种潜在的生物材料。此外,低的玻璃转变温度使得CaLi基非晶合金能够在较低的温度下进行塑性加工和成型,如弯曲、拉伸和压印等,可以满足各种实用需求。
本文较系统地研究了CaLi基块体金属玻璃的低温比热,发现CaLi基块体金属玻璃具有明显的玻色峰,并且玻色峰呈现一定的规律性:玻色峰峰值所对应的温度随峰值的减小而增加。本文探讨了CaLi基块体金属玻璃玻色峰的机制以及成分调制等对玻色峰的影响。