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一般來說，對結(jié)晶過程進(jìn)行預(yù)測調(diào)控，有助于合成具有優(yōu)異性能的塊體非晶合金及納米合金。對塊體非晶合金在過冷液相區(qū)退火處理，可獲得含有均勻分布的高密度納米晶析出物的納米復(fù)合材料。對于具有玻璃形成能力的合金系統(tǒng)，理解其非經(jīng)典的結(jié)晶路徑仍是非晶態(tài)科學(xué)中極具挑戰(zhàn)性的課題。

    近日，香港城市大學(xué)/香港城市大學(xué)深圳研究院的王循理教授與南京理工大學(xué)的蘭司教授、北京科技大學(xué)的呂昭平教授等合作開展了相關(guān)研究工作，其研究成果以“Structure origin of a transition of classic-to-avalanche nucleation in Zr-Cu-Al bulk metallic glasses”為題發(fā)表在Acta Materiallia 上。該項研究使用了差示掃描量熱法（DSC）、時間分辨原位中子衍射、高分辨透射電子顯微鏡等技術(shù)，系統(tǒng)研究了一系列不同玻璃形成能力的Zr-Cu-Al塊體非晶合金的結(jié)晶動力學(xué)。實驗結(jié)果表明：經(jīng)等溫退火，Zr-Cu-Al非晶合金出現(xiàn)了由經(jīng)典形核到雪崩形核的轉(zhuǎn)變過程。經(jīng)典形核模式表現(xiàn)為Zr₂Cu晶型產(chǎn)物連續(xù)形核長大過程；雪崩模式以形成大量復(fù)雜、低對稱性的晶體結(jié)構(gòu)為特征的Cu₁₀Zr₇型析出物。實驗數(shù)據(jù)顯示，在Cu₁₀Zr₇型晶體相形成之前會發(fā)生一個異常的放熱現(xiàn)象，通過電子顯微鏡可在該位置觀察到亞穩(wěn)態(tài)的非晶/半晶體相。以上研究結(jié)果表明，亞穩(wěn)相的形成可能會降低晶體形核自由能壘，激發(fā)雪崩形核過程。中子衍射的對分布函數(shù)分析進(jìn)一步表明，短程團(tuán)簇簡單連接得到的中程序，可能有利于雪崩形核。

原位中子衍射和原位透射電鏡共同揭示了不同玻璃形成能力和熱力學(xué)行為的Zr-Cu-Al塊體非晶合金的經(jīng)典形核-雪崩形核轉(zhuǎn)變�？蓪⑺�研究的塊體非晶合金分為兩類：Zr₂Cu型（非AEP型）和Cu₁₀Zr₇型（AEP型）。研究提出了AEP型Zr-Cu-Al非晶合金雪崩形核路徑的結(jié)構(gòu)起源。根據(jù)熱力學(xué)計算，更高熱穩(wěn)定性的過冷液體中的Cu₁₀Zr₇產(chǎn)物，其形核驅(qū)動力要高于較低熱穩(wěn)定性的過冷液體中的Zr₂Cu產(chǎn)物的形核驅(qū)動力，表明經(jīng)典形核動力學(xué)受阻，因此促使AEP型Zr-Cu-Al塊體非晶合金發(fā)生了雪崩型形核。實驗結(jié)果揭示，對具有異常放熱峰的Cu₁₀Zr₇型產(chǎn)物的塊體非晶合金來講，非晶/半晶體結(jié)構(gòu)的中間體具有更低的形核能壘，表明雪崩形核可由非晶多形性相轉(zhuǎn)變所激發(fā)。此外，亞穩(wěn)相形成導(dǎo)致短程團(tuán)簇的簡單連接，在有序度降低的AEP塊體非晶合金中形成晶相產(chǎn)物，或許有助于雪崩形核。

文章鏈接：S. Lan, Z. Wu, X. Wei, J. Zhou, Z.P. Lu, J. Neuefeind, X.-L. Wang, Structure origin of a transition of classic-to-avalanche nucleation in Zr-Cu-Al bulk metallic glasses（Acta Mater.，2018，DOI：10.1016/j.actamat.2018.02.028）