美国发明处理金属玻璃新方法 可制造“无暇”零件
《科技日报》
据美国物理学家组织网近日报道，金属玻璃用途广泛，但用其制造零件时成本高昂，而且容易留下瑕疵。现在，美国科学家研发出一种名为快速火花成型的新技术，该技术能低成本、快速地制造出无瑕疵、形状各异的金属玻璃零件。该项目的领导人、加州理工学院工程和应用科学教授威廉姆·杰森在13日出版的《科学》杂志上表示，新方法将彻底改变冶金领域的面貌。
1960年，加州理工学院的科学家们首先发现了金属玻璃，金属玻璃既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的弊病，其强度是工业用钢铁的3倍、柔韧性是钢铁的10倍，广泛应用于航空航天和消费电子等领域。
金属玻璃在用来制造有用的零件时，必须被加热到500摄氏度左右，达到软化并变成浓稠的液体才能铸造成型。但在浓稠的液态下，金属玻璃的原子很快会自发地“各就各位”形成晶体，避免其快速结晶是制造金属玻璃零件时面临的主要挑战。
以前，人们主要通过将金属玻璃加热到结晶相的熔点之上（一般都超过1000摄氏度）来制造金属玻璃零件。人们将熔融的金属玻璃投入一个铁模具中，让其在结晶之前冷却。但有个问题：铁模具一般只能承受600摄氏度左右的温度，因此，需要经常替换，这就大大增加了生产成本。而且，在1000摄氏度高温下，液态金属玻璃的流动性很强，很容易泼溅，让最终获得的零件“伤痕累累”。
杰森团队另辟蹊径，以极快的速度来加热和处理金属玻璃。他们只将固态金属玻璃加热到500摄氏度左右，使其达到流动性足以让其注入一个模具中并冷却下来的液体状态，一切都发生在金属玻璃结晶之前。
杰森团队使用电阻加热技术来均匀且快速地加热这种材料。他们在约1微秒内，朝一根小金属玻璃棒发射一束短暂而密集的电流脉冲，给其传送1000焦耳的能量来将其加热。该电流脉冲均匀地加热了整个金属玻璃，速度是以前的1000多倍。杰森表示，半微秒内，金属玻璃就达到了合适的温度，然后，熔融状态下的金属玻璃被注入模具中并冷却，耗时仅几微秒。
杰森团队使用这一新技术，成功地在550摄氏度、不到40微秒内将一个金属玻璃棍加热制成了一个环形物体，新环形物没有瑕疵，也没有被氧化。
科学家能利用新技术对熔融状态下的金属玻璃展开研究，例如，通过在其结晶前加热，科学家耗时几微秒就可查看结晶过程。新技术现已被申请了专利，并正在进入商业化生产。