新型金属强过钢 可吹塑如塑料


  现在,耶鲁大学(Yale University)的材料科学家简安•西罗斯(Jan Schroers)领导的研究小组已经证明,有些人最近开发出块状金属玻璃(BMGs:也叫非晶合金),这种金属合金具有随机排列的原子,而不是排到有序的晶体结构,这种结构见于普通金属,就是这种非晶合金,可以吹塑,就像塑料一样,形成复杂的形状,这是使用常规金属不可能达到的,这样的吹塑合金也不会丧失强度和耐用性,就像金属所具有的。他们的发现介绍在网上有,就在最近一期的杂志《今日材料》(Materials Today)上。

  “这些合金看起来像普通的金属,但可吹塑,便宜又容易,就像塑料一样,”西罗斯说。到目前为止,该小组已创造出大量复杂的形状,包括无缝金属瓶,表壳,微型谐振器和生物医学植入物,它们都可以被塑造,费时不到一分钟,而且强度两倍于典型的钢。

  这种材料的成本大约等同于高端钢,西罗斯说,但加工一样便宜,就像塑料。该合金的制备采用不同的金属,包括锆(zirconium),镍(nickel),钛(titanium)和铜。

  这一小组吹塑合金采用低温和低压,这样,这种块状金属玻璃软化迅速,流动也一样容易,就像塑胶,但不会结晶,不像普通金属那样。正是这种低温低压使这一小组可以塑造非晶合金,并达到前所未有的便易性、通用性和精度,西罗斯说。为了小心控制和维护理想温度进行吹塑,这个小组塑造块状非晶合金就在真空或流体中进行。

  “关键是要避免摩擦,这种摩擦通常出现在其他成型技术中,”西罗斯说。“吹塑完全消除了摩擦,使我们能够创造许多复杂形状,下至纳米尺度都可以。”

  西罗斯和他的小组已经开始使用新的加工技术,以制作微型谐振器,用于微机电系统(MEMS:microelectromechanical systems),就是一种微型机械装置,驱动靠电,小组也可制作回旋器(gyroscopes)和其他谐振应用工具。

  此外,通过吹塑块状非晶合金,该小组能够结合三个独立的步骤,就是传统金属加工中的成型、拼接和磨光,把它们合成一个,这就使他们可以进行以前繁琐的、时间和能源密集型的加工,时间不到一分钟。

  “这可能带来全新的模式,用以塑造金属,”西罗斯说。“这种优越的性能是非晶合金相对于塑料和典型金属而言的,结合方便性、经济性和精度,这种吹塑有可能冲击社会同样大,就像开发合成塑料及其相关的加工方法在上个世纪所产生的冲击一样。”

  论文的其他作者包括耶鲁大学(Yale University)的托马斯M•霍奇斯(Thomas M. Hodges)和戈尔德•库马尔(Golden Kumar);美国超强成型公司(SuperformUSA)的哈里•拉曼(Hari Raman)和AJ巴恩斯(A.J. Barnes);流金技术公司(Liquidmetal Technologies)的库奥克•法姆(Quoc Pham)和西奥多A•瓦牛克(Theodore A. Waniuk)。

  想象一下,一种材料的强度高于钢,但是恰恰同样用途广泛,就像塑料一样,能够呈现出似乎是变化无穷的形态。几十年来,材料科学家们一直在试图设计出的正是这样一种理想的物质,它可被塑造成复杂的形状,同样容易制备,费用低,就像塑料一样,但不会失去金属的强度和耐久性。