一种高温状态下制备金属玻璃的方法技术

本发明专利技术公开了一种高温状态下制备金属玻璃的方法。先用脱合金、刻蚀、部分成分蒸发、化学气相反应、电化学方法或者水热法在金属或者合金的外表面或内表面上制备出主曲率之一(或主曲率全部)为负、该曲率绝对值小于1微米的区域。然后将获得的具有表面负曲率的材料加热至该材料所对应块材的常规熔点附近或更高，所得到失去晶格的未熔化部分是终产物。本发明专利技术所得产物是在高温状态下形成的，而且方法简单、可重复性强、普适性高，为拓展金属玻璃的高温应用范围提供了新的思路和策略。

【技术实现步骤摘要】
一种高温状态下制备金属玻璃的方法
本专利技术是一种关于金属玻璃材料的，特别涉及一种采用表面负曲率在高温状态下形成玻璃态材料的方法。
技术介绍
玻璃态物质普遍存在。就凝聚态物质整体而言，具有原子周期排列的晶态物质只不过是总体凝聚态物质中的一部分。玻璃态物质家族种类繁多，人们日常见到的材料如塑料、玻璃、松香、石蜡、沥青、琥珀、橡胶等都是玻璃态固体。生物体等软物质、胶体、颗粒物质也是广义的玻璃态物质。这些材料的性能往往很优异。比如，玻璃态合金(即金属玻璃的一种)是迄今为止发现的最强的金属材料和最软的金属材料之一；玻璃态合金还是迄今为止发现的最强的穿甲材料、最容易加工成型的金属材料、最耐蚀的金属材料、最理想的微纳米加工材料之一。长期以来，人们制备金属玻璃的方式主要有熔融态物质直接快速冷却、以及机械变形。另一方面，玻璃态是一种亚稳态，当温度升高时，玻璃态物质——尤其是金属玻璃——通常会向晶态转化。这导致玻璃态物质会在高温条件下失去其优异性能，使得它们的应用温度范围受到限制。那么，如果能提供一种制备方法、使得材料直接在高温下形成玻璃态，就必然会具有重大的应用价值。基于此，发展一种高温制备金属玻璃的方法，是本专利申请的核心思想。
技术实现思路
本专利技术的目的，是解决金属玻璃的制备方法和应用温度范围的局限性，丰富玻璃态材料的制备方式，提供一种可以直接在高温状态下制备金属玻璃的方法。本专利技术通过如下技术方案予以实现：一种高温状态下制备金属玻璃的方法，具有如下步骤：(1)取一块固体金属材料，采用脱合金、刻蚀、部分成分蒸发、化学气相反应、电化学方法或者水热法在其外表面或内表面上制备出主曲率之一或主曲率全部为负、该曲率绝对值小于1微米的区域；(2)将步骤(1)中得到的固体金属材料加热至其所对应固体金属材料的常规熔点附近或更高，使得该固体金属材料中有部分熔化成液体、剩余部分失去晶格但未熔化成液体，该剩余部分即为最终产物金属玻璃。这个最终产物由于是失去晶格的固体、故而是一种金属玻璃，其玻璃态是其熔化过程中的一种状态。所述步骤(1)的固体金属材料为单质金属或者合金。本专利技术的制备工艺简单、可重复性强、普适性高，形成的玻璃态物质是一种高温金属玻璃，丰富了玻璃态物质的制备方式，有望拓展玻璃态物质的应用范围。附图说明图1是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构；图2是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构的孔壁中曲率分布图，其中深灰色区域是主曲率全为负的凹面、浅灰色区域是主曲率之一为负的双曲面；图3是实施例1在室温时、1151℃拍摄的玻璃态纳米多孔金以及液态金的透射电镜明场像及其电子衍射谱；图4是实施例2纳米多孔铜结构的STEM电镜图片；图5是实施例3纳米多孔银结构的扫描电镜图片；图6是实施例3纳米多孔银结构的透射电镜图片。具体实施方式下面通过具体实施例来进一步说明本专利技术。实施例仅仅是示例性的，而非限制性的。实施例1原始固体金属材料种类为金银合金。(1)通过硝酸腐蚀金银合金的方法脱去合金中的银元素(脱合金方法)，获得纳米多孔金(图1)。这种多孔性结构的表面中包含大量的负曲率表面(图2)，其曲率绝对值小于1微米。(2)对(1)中制备得到的纳米多孔金进行加热。当温度从室温(图3A)升至1151℃(该温度高于块材金的常规熔点1064℃)时，仍有部分区域的纳米多孔金维持多孔的三维固体形态、未熔化成球形液滴(图3B)，同时电子衍射谱表明其已经失去了晶格结构(图3C)，这些图像证明已形成玻璃态的纳米多孔金。这种玻璃态纳米多孔金的衍射谱强度明显区别于金液滴的衍射谱(图3D)，它们的玻璃态是纳米多孔金在熔化过程中变成液滴前的一种状态。进一步加热此类玻璃态纳米多孔金，会将其熔化成金液滴。图1是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构。图2是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构的孔壁中曲率分布图，其中深灰色区域是主曲率全为负的凹面、浅灰色区域是主曲率之一为负的双曲面。图3A是实施例1在室温时拍摄的纳米多孔金的透射电镜图片及其电子衍射谱。由图中可以看出此结构初始状态为晶体。图3B-D是实施例1在1151℃拍摄的纳米多孔金的透射电镜图片及其衍射谱，其中图3C是玻璃态纳米多孔金的衍射谱、图3D是金液滴的衍射谱，它们分别对应图3B中C和D所示白圈区域。实施例2原始固体金属材料种类为铜铝合金。通过NaOH腐蚀脱去铜铝合金中的铝元素的方法(脱合金方法)，获得纳米多孔铜(图4)。该材料的表面曲率分布符合高温制备金属玻璃的条件，升温至1151℃(该温度高于块材铜的常规熔点1083℃)，部分纳米多孔铜形成了玻璃态铜。图4是实施例2纳米多孔铜结构的STEM电镜图片，由图中可以看出此结构具有大面积负曲率存在。实施例3原始固体金属材料种类为银铝合金。通过盐酸腐蚀脱去银铝合金中的铝元素的方法(脱合金方法)，获得纳米多孔银(图5和图6)。该材料的表面曲率分布符合高温制备金属玻璃的条件，升温至1000℃(该温度高于块材银的常规熔点962℃)，部分纳米多孔银形成玻璃态银。图5是实施例3纳米多孔银结构的扫描电镜图片。由图中可以看出此结构具有大面积负曲率存在。图6是实施例3纳米多孔银结构的透射电镜图片。由图中可以看出此结构具有大面积负曲率存在。以上详细描述了本专利技术的一些实施方式，权利要求中所限定的方法都可以实现本专利技术，不多赘述。但是，本专利技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本专利技术的技术构思范围内，可以对本专利技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本专利技术的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本专利技术对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本专利技术的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本专利技术的思想，其同样应当视为本专利技术所公开的内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温状态下制备金属玻璃的方法，具有如下步骤：(1)取一块固体金属材料，采用脱合金、刻蚀、部分成分蒸发、化学气相反应、电化学方法或者水热法在其外表面或内表面上制备出主曲率之一或主曲率全部为负、该曲率绝对值小于1微米的区域。(2)将步骤(1)中得到的固体金属材料加热至其所对应固体金属材料的常规熔点附近或更高，使得该固体金属材料中有部分熔化成液体、剩余部分失去晶格但未熔化成液体，该剩余部分即为最终产物——金属玻璃。

【技术特征摘要】
1.一种高温状态下制备金属玻璃的方法，具有如下步骤：(1)取一块固体金属材料，采用脱合金、刻蚀、部分成分蒸发、化学气相反应、电化学方法或者水热法在其外表面或内表面上制备出主曲率之一或主曲率全部为负、该曲率绝对值小于1微米的区域。(2)将步骤(1)中得到的固体金属材料加...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗俊，习卫，丁轶，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12