第二十三卷 第七期 - 2013年三月二十二日 PDF
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由壓痕試驗引發金屬玻璃中第一型與第二型剪切帶關係之研究
陳冠維1林仁輝1,2,*
1 國立成功大學機械工程學系
2 國立成功大學奈微米科技研究中心
 
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狀金屬玻璃(bulk metallic glass, BMG)為非晶質合金。與其結晶相不同的是金屬玻璃不但擁有較佳的機械性質(例如:較高的硬度、降伏強度、以及較好的抗腐蝕能力),金屬玻璃還存在著玻璃轉化溫度(Tg),使其能因容易成形而有應用的潛力[Inoue et al., 2008]。然而如同玻璃一般,金屬玻璃缺乏延展性,以及在受到局部塑性變形時會產生剪切帶(shear bands)的特性,大大地限制了金屬玻璃在產業的實用性[Johnson, 2002]。金屬玻璃的塑性變形通常是透過剪切帶來產生,其剪切帶的形式基本上可分為第一型剪切帶(primary shear band, PSB)與第二型剪切帶(secondary shear band, SSB)。本研究對鋯基金屬玻璃進行微壓痕試驗,並將實驗結果透過簡單的力平衡方程式加以分析,結果發現第一型剪切帶的半徑呈現一等比級數關係。另外,利用兩正交圓模型來分析第二型剪切帶,發現第二型切帶之半徑為其相應第一型剪切帶半徑的倍。本研究的理論預測經實驗結果比對後正確無誤。因此本研究提供了相當簡單的方法,不但能預測壓痕所引發的剪切帶分佈,亦能估算出金屬玻璃受力後其塑性變形區之大小。
圖一:由壓痕引發之第一型與第二型剪切帶之關係圖。
圖二:由壓痕引發之第一型與第二型剪切帶分佈示意圖。
圖三:第一型與第二型剪切帶之幾何關係圖。
圖四:鋯基金屬玻璃在微痕痕試驗後之剪切帶電子顯微鏡觀測圖。本研究之模型預測之第二型剪切帶與實驗結果相當吻合。

參考文獻:
  1. A. Inoue, X.M. Wang, W. Zhang, 2008, “Developments and applications of bulk metallic glasses”, Rev. Adv. Mater. Sci. 18, 1-9.
  2. W.L. Johnson, 2002, “Bulk amorphous metal – an emerging engineering material”, JOM 54, 40–43.
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