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2011-05-16 17:19 |
美國科學家利用快速火花成型制造出金屬玻璃零件
根據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)近日報道，金屬玻璃用途廣泛，但用其制造零件時成本高昂，而且容易留下瑕疵。現(xiàn)在，美國科學家研發(fā)出一種名為快速火花成型的新技術(shù)，該技術(shù)能低成本、快速地制造出無瑕疵、形狀各異的金屬玻璃零件。該項目的領(lǐng)導人、加州理工學院工程和應(yīng)用科學教授威廉姆·杰森在13日出版的《科學》雜志上表示，新方法將徹底改變冶金領(lǐng)域的面貌。 y+_G L= J
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1960年，加州理工學院的科學家們首先發(fā)現(xiàn)了金屬玻璃，金屬玻璃既有金屬和玻璃的優(yōu)點，又克服了它們各自的弊病，其強度是工業(yè)用鋼鐵的3倍、柔韌性是鋼鐵的10倍，廣泛應(yīng)用于航空航天和消費電子等領(lǐng)域。 QB'-`GwL
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金屬玻璃在用來制造有用的零件時，必須被加熱到500攝氏度左右，達到軟化并變成濃稠的液體才能鑄造成型。但在濃稠的液態(tài)下，金屬玻璃的原子很快會自發(fā)地“各就各位”形成晶體，避免其快速結(jié)晶是制造金屬玻璃零件時面臨的主要挑戰(zhàn)。 F +D2
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以前，人們主要通過將金屬玻璃加熱到結(jié)晶相的熔點之上（一般都超過1000攝氏度）來制造金屬玻璃零件。人們將熔融的金屬玻璃投入一個鐵模具中，讓其在結(jié)晶之前冷卻。但有個問題：鐵模具一般只能承受600攝氏度左右的溫度，因此，需要經(jīng)常替換，這就大大增加了生產(chǎn)成本。而且，在1000攝氏度高溫下，液態(tài)金屬玻璃的流動性很強，很容易潑濺，讓最終獲得的零件“傷痕累累”。 D!Owm&We
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杰森團隊另辟蹊徑，以極快的速度來加熱和處理金屬玻璃。他們只將固態(tài)金屬玻璃加熱到500攝氏度左右，使其達到流動性足以讓其注入一個模具中并冷卻下來的液體狀態(tài)，一切都發(fā)生在金屬玻璃結(jié)晶之前。 DhG2!'N
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杰森團隊使用電阻加熱技術(shù)來均勻且快速地加熱這種材料。他們在約1微秒內(nèi)，朝一根小金屬玻璃棒發(fā)射一束短暫而密集的電流脈沖，給其傳送1000焦耳的能量來將其加熱。該電流脈沖均勻地加熱了整個金屬玻璃，速度是以前的1000多倍。杰森表示，半微秒內(nèi)，金屬玻璃就達到了合適的溫度，然后，熔融狀態(tài)下的金屬玻璃被注入模具中并冷卻，耗時僅幾微秒。 Z`o}xV
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杰森團隊使用這一新技術(shù)，成功地在550攝氏度、不到40微秒內(nèi)將一個金屬玻璃棍加熱制成了一個環(huán)形物體，新環(huán)形物沒有瑕疵，也沒有被氧化。 ~=aGv%vX
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科學家能利用新技術(shù)對熔融狀態(tài)下的金屬玻璃展開研究，例如，通過在其結(jié)晶前加熱，科學家耗時幾微秒就可查看結(jié)晶過程。新技術(shù)現(xiàn)已被申請了專利，并正在進入商業(yè)化生產(chǎn)。
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呵呵...