Bulkmetalliska glaskompositer (BMGC) som innehåller in-situ-formade β-Ti-dendriter är lovande för många tillämpningar. Dock, det är fortfarande utmanande att effektivt ställa in sina mikrostrukturer och mekaniska egenskaper för tillämpning.

Nyligen, Assoc. Prof. Zhang Long och Prof. Zhang Haifeng från Institute of Metal Research (IMR) vid den kinesiska vetenskapsakademin och deras medarbetare fann att när in-situ β-Ti har en marginell metastabilitet, BMGC:erna uppvisar uppenbara tandade sätt i spännings-töjningskurvorna. Detta är mycket annorlunda än det tidigare rapporterade spänningsbeteendet för BMGC, men liknar kompressionsbeteendet hos monolitiska BMG:er.

Dessa fynd publicerades i Fysiska granskningsbrev den 28 juli.

Enaxliga spänningstester visade att denna BMGC bröts i skjuvningsläge. I mikrostrukturen av de frakturerade proverna, deformationsband penetrerade både β-Ti-dendriten och den lokala glasartade matrisen.

TEM-karakterisering visade att deformationsbandet med en tjocklek på ~10 nm i β-Ti-dendriten huvudsakligen bestod av ω-Ti, vilket tyder på att β-fasen överfördes till ω-fasen under deformation.

Tjockleken på ω -bandet var liknande tjockleken på skjuvbanden i den glasartade matrisen, vilket innebär en kontinuerlig överföring av spänningar mellan skjuvbandet och ω-Ti-bandet.

Därför, det observerade serrationsbeteendet hos BMGC under spänning uppstod från denna nya plastiska deformationsmekanism:den kooperativa skjuvmekanismen som består av ett skjuvband i den glasartade matrisen och ett ω-Ti-band i den metastabila β-Ti-dendriten.

Gliden av de tre partiella dislokationerna på tre på varandra följande {112} plan överförde β -fasen till ω -fasen, på grund av den lägre fria energin hos ω-fasen jämfört med den metastabila β-fasen. Därför, denna kooperativa skjuvningsmekanism var starkt relevant för metastabiliteten av ß -fasen.

Den kooperativa skjuvningshändelsen som omfattar skjuvbandet och ω-Ti-bandet inducerade en skjuvlavin i den lokala regionen av en enda dendrit (med en skala på flera tiotals mikrometer), men det stoppades av de intilliggande β-Ti-dendriterna med olika kristallina orienteringar. Detta beror på att en mycket högre spänning krävs för att penetrera andra annorlunda orienterade β-Ti-dendriter. Upprepningen av aktivering och stopp av de kooperativa skjuvningshändelserna orsakar serrationer av BMGCs under spänning.

Upptäckten av den kooperativa skjuvningen som omfattar ett skjuvband i glasartad matris och ett ω-band i β-Ti-dendrit berikar inte bara deformationsmekanismerna för BMGC, men ger också den grundläggande basen för att utveckla BMGC:er med hög energifrisättning med dragplasticitet och skjuvbrottsläge.