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航空航天用金属玻璃材料技术转化中心颁发的发明人奖

2018-02-12 17:03:09       来源:科技日报

德国萨尔州大学研究人员开发出一种新的非晶态金属钛硫合金,这种合金也称为金属玻璃,其性能与常规钛合金完全不同,特别适合用作航空航天的轻质部件。这一成果获得大学知识与技术转化中心颁发的发明人奖。

材料研究类似于数以千计的拼图游戏,如果没有找到合适的开始部分,要想获得完整的图片就非常困难。萨尔州大学3名博士研究生亚历山大·库巴、贝内迪克·博希特勒和奥利弗·格罗斯在导师拉尔夫·布希教授的指导下,经过多年实验,终于研制出一种强度非常高而又非常轻的合金。

与目前的无定形金属材料相比,该合金具有许多优点:原料来源丰富,主要由钛和硫组成,与其他基于锆、钯或铂非晶态金属不同,钛相对廉价,而且钛硫合金不会像通常使用的铍磷合金那样有高毒性。

以往没有人尝试用硫磺来做合金,本研究率先选择了硫作为不同金属的混合物。博希特勒介绍说,他们首先发现了一种具有良好性能的含钯和镍的硫合金,然后又拿质量更轻、更便宜的钛做试验。经过约250次实验,3人终于找到了钛、硫和其他元素相互结合的最佳配比。寻找配方的过程非常复杂,一种元素用量1%的差异,对于一种合金是否具有所需特性起决定性作用。在相同重量下,新开发出的钛硫合金强度大约是普通相同密度的钛基金属的两倍。因此,它是生产更轻,更小部件的理想材料。

这种所谓金属玻璃的生产工艺也相当关键,因为材料熔体要在1100℃以上的高温下被急速冷却,这样不会形成规则晶格的合金。熔体在不到一秒钟内冷却,凝固的熔体呈现无序原子结构,这种结构状态也被视为玻璃。混乱无序的结构使得金属玻璃的性能与传统的相同原材料合金相当不同,像钢一样坚固,但同时像塑料一样具有弹性。

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