Применения блочного металлического стекла: инновационные материалы для создания высококлассных компонентов

Сегодня практика применения блочного металлического стекла продолжает диверсифицироваться и расширяться. Помимо медицины, электроники, аэрокосмической и военной промышленности, спорта, точных приборов и других областей, оно появляется в новой энергетике, умных устройствах и других развивающихся сферах.

В этой статье мы подробно рассмотрим тему применения блочного металлического стекла. В ней мы перечислим свойства объемного металлического стекла и области его применения, а также проанализируем текущее состояние его применения, проблемы и будущие тенденции.

1. Знакомство с основными концепциями металлического стекла

Объемное металлическое стекло, также известное как аморфные сплавы, — это металлический материал без решетчатой структуры, который обеспечивает более высокую прочность и коррозионную стойкость по сравнению с традиционными кристаллическими металлами. Материал образуется при быстром охлаждении, и его атомное расположение выглядит неупорядоченным, подобно стеклу, отсюда и название «металлическое стекло».

2. изучить историю и значение применения блочного металлического стекла

Как новый тип материала, объемное металлическое стекло обладает многими уникальными свойствами, такими как высокая прочность, высокая твердость, отличный предел упругости и хорошая коррозионная стойкость. Эти свойства делают применения блочного металлического стекла широкой и важной перспективой.

Появление блочного металлического стекла нарушило ограничения традиционных материалов в плане дизайна и применения. Высокая прочность и твердость делают его идеальным материалом для производства высокопрочных компонентов с широким спектром потенциальных применений в аэрокосмической, военной и других областях. В то же время превосходный предел упругости и коррозионная стойкость позволяют ему демонстрировать уникальные преимущества в медицинских приборах, электронных изделиях и других областях.

Применения блочного металлического стекла не только способствует развитию смежных отраслей, но и содействует инновациям и прогрессу новых материальных технологий, а также оказывает мощную поддержку развитию науки и техники.

3. Классификация объемного металлического стекла

(1) Насыпное металлическое стекло на основе драгоценных металлов:

Эти металлические стекла обычно изготавливаются на основе драгоценных металлов, таких как палладий, золото и серебро, и обладают отличной аморфной структурой и хорошими физическими свойствами. Однако из-за высокой стоимости драгоценных металлов эти материалы используются в основном для научных исследований.

(2) Насыпное металлическое стекло на основе редкоземельных металлов:

Основанные на редкоземельных элементах, таких как лантан и церий, эти металлические стекла обладают хорошими магнитными свойствами и высокотемпературной стабильностью для применения в специальных средах.

(3) Объемное металлическое стекло на основе циркония:

Сплавы на основе циркония представляют интерес благодаря своей высокой прочности и хорошей коррозионной стойкости. Эти металлические стекла обычно содержат такие элементы, как цирконий, алюминий, никель и медь, и широко используются в аэрокосмической и биомедицинской промышленности.

(4) Насыпное металлическое стекло на основе магния:

Металлическое стекло на основе магния имеет большой потенциал благодаря своему легкому весу и высокой прочности, часто содержит такие элементы, как магний, медь и иттрий, и подходит для использования в автомобильной и электронной промышленности.

(5) Насыпное металлическое стекло на основе железа:

Металлическое стекло на основе железа имеет низкую стоимость и отличные магнитомягкие свойства, обычно содержит такие элементы, как железо, кобальт, кремний и бор, и широко используется в электронных компонентах.

4. анализ различных свойств применения блочного металлического стекла

Насыпное металлическое стекло обладает множеством превосходных свойств благодаря своей уникальной аморфной структуре. Различные свойства подходят для разных областей применения. Ниже приводится подробный анализ его основных свойств:

(1) Высокая прочность и твердость:

Благодаря неупорядоченному расположению атомов в нем, объемное металлическое стекло не имеет видимых дефектов, таких как границы зерен или дислокации, что придает ему большую прочность и твердость, чем обычным кристаллическим металлам. Это свойство дает объемному металлическому стеклу большой потенциал в качестве конструкционного материала, способного выдерживать большие нагрузки и давление.

(2) Отличная эластичность:

Его предел упругости гораздо выше, чем у обычных металлов, а значит, он способен выдерживать большие деформации без пластической деформации под действием сил. Эта превосходная упругость дает блочному металлическому стеклу большое преимущество при использовании в качестве упругого элемента в пружинах, амортизаторах и т.д.

(3) Высокая коррозионная стойкость:

Благодаря низкой поверхностной энергии и отсутствию подверженных коррозии дефектов, таких как границы зерен, объемное металлическое стекло обладает чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью. В суровых условиях, например, в химической и морской промышленности, это свойство делает его идеальным материалом.

(4) Хорошие мягкие магнитные свойства:

Некоторые объемные металлические стекла обладают превосходными магнитомягкими свойствами, такими как высокая проницаемость и низкая коэрцитивная сила. Это делает их перспективными для широкого спектра применений в электронных устройствах, датчиках и других областях.

(5) Термическая стабильность:

Объемное металлическое стекло способно сохранять свою структурную стабильность при высоких температурах и не подвержено кристаллизационным превращениям. Такая термическая стабильность позволяет использовать его в высокотемпературных средах, например, в качестве высокотемпературного конструкционного материала или в качестве теплозащитного материала.

(6) Производительность обработки:

Металлическое стекло можно обрабатывать и придавать ему форму с помощью таких процессов, как сверхпластичное формование, что облегчает изготовление деталей сложной формы. В то же время высокая точность обработки и хорошее качество поверхности отвечают требованиям высокоточных приложений.

5. Применения блочного металлического стекла

Являясь новым типом материала, объемное металлическое стекло благодаря своим уникальным свойствам имеет широкие перспективы применения во многих областях. Ниже приведены несколько ключевых областей применения блочного металлического стекла:

(1) Прецизионное оборудование

В точном машиностроении высокая точность и отличные механические свойства металлического стекла делают его идеальным материалом для производства высокоточных приборов. Например, микродвигатели, изготовленные из объемного металлического стекла, не только обладают высокой точностью, но и имеют гораздо больший срок службы, чем детали, изготовленные из обычных материалов. Гладкая поверхность и стабильность размеров объемного металлического стекла дают ему уникальное преимущество в производстве точного оборудования.

(2) Спортивное оборудование

Высокие прочностные и легкие свойства блочного металлического стекла привели к тому, что оно все чаще используется в производстве спортивного оборудования. Например, в таком спортивном оборудовании, как клюшки для гольфа, велосипедные рамы и лыжи, использование блочного металлического стекла позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики и долговечность изделия. Спортивное оборудование, изготовленное из блок-металлического стекла, не только легкое и прочное, но и обеспечивает лучший спортивный опыт.

(3) Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической промышленности малый вес, высокая прочность и отличная усталостная прочность объемного металлического стекла делают его идеальным материалом для производства компонентов самолетов и космических аппаратов. Эти свойства помогают снизить вес самолетов и повысить топливную эффективность и летные характеристики. В авиакосмической промышленности объемное металлическое стекло применяется для изготовления передних кромок крыльев, компонентов двигателей и т. д. Оно способно сохранять стабильные характеристики в экстремальных условиях.

(4) Электронная информация

Применения блочного металлического стекла также включают сектор электронной информации, в частности, производство высокоэффективных магнитных материалов и корпусов электронных устройств. Например, объемное металлическое стекло на основе железа используется в производстве высокопроизводительных трансформаторов и датчиков благодаря своим превосходным магнитомягким свойствам. В электронном секторе металлическое стекло также используется для производства высокопроизводительных устройств хранения данных и микроэлектронных устройств, обладающих отличными магнитными и механическими свойствами.

(5) Биомедицина

В биомедицине биосовместимость и коррозионная стойкость объемного металлического стекла делают его идеальным материалом для изготовления имплантатов. Например, его можно использовать при изготовлении искусственных суставов, зубных имплантатов и т.д., поскольку оно не вступает в негативную реакцию с тканями человека и способно стабильно существовать в человеческом организме в течение длительного периода времени. Кроме того, объемное металлическое стекло может использоваться в производстве хирургических инструментов и медицинского оборудования, где его высокая прочность и твердость позволяют увеличить срок службы и производительность инструментов.

(6) Военная промышленность

Применения блочного металлического стекла в военных целях обусловлено главным образом его превосходными механическими свойствами. По сравнению с традиционными металлами, блочное металлическое стекло обладает более высокой прочностью и твердостью, что делает его очень перспективным в производстве защитного снаряжения. Например, из него можно изготавливать пуленепробиваемые жилеты, пуленепробиваемые шлемы и т. д., что позволяет значительно повысить защитные свойства снаряжения и гарантировать безопасность солдат.

6. Проблемы и будущие направления применения блочного металлического стекла

(1) Контроль затрат и массовое производство

Несмотря на многие превосходные свойства объемного металлического стекла, относительно высокая стоимость его производства ограничивает его широкое применение. Будущие исследования будут направлены на разработку более экономически эффективных методов производства для крупномасштабного производства.

(2) Оптимизация характеристик и разработка новых материалов

Важным направлением будущих исследований является дальнейшая оптимизация свойств объемного металлического стекла, например, повышение его прочности и разработка новых материалов со специфическими функциями. Это позволит расширить область их применения и долю рынка.

(3) Расширение областей применения и рынков сбыта

По мере развития технологий и роста рыночного спроса ожидается дальнейшее расширение сфер применения блочного металлического стекла, особенно в таких развивающихся областях, как возобновляемые источники энергии, электромобили и интеллектуальные устройства.