燕山大学亚稳材料全国重点实验室先进结构材料中心王利民教授团队联合河北工业大学、中国科学院物理研究所等单位，依据熵调控设计办法高效精确地开发出兼具超高强度、高韧性、高热稳定性的铼(Re)基块体非晶合金。研究成就以“兼具类陶瓷强度与金属韧性的块体金属玻璃”为题(Ceramic|like Strength and metallic Toughness in a Bulk metallic Glass)，发表在4月22日出版的Nature期刊上。
燕山大学亚稳材料全国重点实验室先进结构材料中心王利民教授团队联合河北工业大学、中国科学院物理研究所等单位，依据熵调控设计办法高效精确地开发出兼具超高强度、高韧性、高热稳定性的铼(Re)基块体非晶合金。研究成就以“兼具类陶瓷强度与金属韧性的块体金属玻璃”为题(Ceramic|like Strength and metallic Toughness in a Bulk metallic Glass)，发表在4月22日出版的Nature期刊上。
材料强度—韧性关系的Ashby图
(以上图片由亚稳材料全国重点实验室提供)
非晶态材料作为物质的基本形态之一，因其独特的原子无序结构，展示出晶态材料很难比拟的物理和化学性能。目前，新型非晶材料(如非晶合金和氧化物玻璃等)的研发主要依托多组元混乱原则和深共晶原则相结合的定性指导，很难摆脱低效的试错性成分设计模式。突破传统范式的瓶颈，达成非晶成分的定向设计，一直是制约非晶合金范围进步的核心科学难点，特别对于具备特殊应用价值的高温非晶合金的研发更为迫切。
该研究的突破在于提出了非晶成分熵调控设计办法，通过选取具备高弹性模量、高价电子浓度及强共价键特点的难熔元素(铼Re、钴Co、钽Ta、硼B)，并借助Re–B、Co–B及Co–Ta二元体系中低熔化熵的成分进行相角逐整理，成功开发出一类新型高性能Re基块体非晶合金。该材料突破了传统金属与陶瓷材料之间的强度—韧性权衡，在维持约30MPa·m1/2断裂韧性的同时，达成了约6.43 GPa的超高强度。这一数值刷新了迄今已报道的非晶合金和晶态金属的强度纪录，在接近先进陶瓷强度的同时，展示出远超后者的断裂韧性。除此之外，该合金还表现出卓越的高温稳定性与环境耐受性：在900 K下仍维持约4.4 GPa强度，同时在氧化与腐蚀环境中性能稳定。
该工作得到国家自然科学基金及国家重点研发计划项目的资助支持。蔡正清、冯士东、宋贞强为论文的一同第一作者。
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