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当块体材料被制备成微纳米尺度的纤维后,其力学和功能特性会有大幅的提高,甚至会有一些在块体材料中观察不到的新功能特性。金属玻璃具有不同于晶态金属材料和玻璃材料的很多特性,微纳米尺度金属玻璃纤维的制备人们期待已久。本文使用自由载荷牵引金属玻璃棒在其过冷液相区进行超塑性变形的方法成功制备出直径从74nm到200μm的金属玻璃纤维。该方法制备的金属玻璃纤维表面光滑、尺寸均匀且可控。由于不同的金属玻璃的热学和流变性质不一样,它们的纤维形成能力也不一样。本文提出了估算金属玻璃纤维形成能力的参数,结果与实验数据符合很好,说明该参数是一个很好的评估标准,为制备高质量微纳米尺度的金属玻璃纤维提供了有效判据。微纳米尺度金属玻璃纤维由于其尺寸的减小,能有效的改善金属玻璃的脆性。脆性是金属玻璃应用的一大障碍。微纳米尺度金属玻璃纤维还具有良好的力学性能如高强度,良好的柔韧性。
本文开展金属玻璃纤维新功能特性的研究。材料在其变形过程中由于形状和电阻率发生变化其电阻都会随之发生变化,这就是材料的压阻效应。目前为止,金属玻璃的压阻效应研究还很少。本文通过在进行拉伸的同时用标准四引线法测量其电阻随应变变化的方法表征了金属玻璃纤维的压阻效应。发现金属玻璃纤维的电阻变化率与其应变之间成线性关系,这表明金属玻璃纤维在电阻式应变传感器应用方面有很大的优势和潜在价值。
金属玻璃纤维是优良的应变敏感材料,本文研究了以金属玻璃纤维为应变敏感元件的电阻式应变传感器。电阻式应变片是应力分析和机电系统中应变敏感元件的有用器件。但通常所用的商业化应变敏感材料由于电阻率和有限的塑性加工能力,用这些材料所做的箔式应变片和金属丝应变片的性能和可靠性还不是足够的高。第一个电阻式应变片发明以来,人们一直希望能制备出以单根金属丝为敏感元件的理想应变传感器。本文以具备高电阻率、直径很小、弹性极限很大的且无衬底的单根金属玻璃纤维作为电阻式应变传感器。这种趋近于理想应变传感器的金属玻璃纤维应变传感器会在应变分析和机电系统中有很强的应用优势。