室溫塑性較差限制了金屬玻璃的工程應(yīng)用，而引入多孔在保留其強度的同時，大大提高了塑性，這使得多孔金屬玻璃在工程實際應(yīng)用中具有巨大潛力。多孔金屬玻璃力學(xué)性能受其孔狀結(jié)構(gòu)形狀控制。

來自西安交通大學(xué)的沙振東教授團隊最新研究表明，多孔金屬玻璃的變形行為受控于孔狀結(jié)構(gòu)。在眾多孔狀模型中，手性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最大的楊氏模量。相關(guān)論文以題為“Tuning the mechanical properties of cellular metallic glasses”發(fā)表在International Journal of Plasticity上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S074964192200153X

總的來說，多孔金屬玻璃幾何結(jié)構(gòu)與其力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)是多孔金屬玻璃研究領(lǐng)域中亟需解決的重要問題之一。本文采用準(zhǔn)靜態(tài)壓縮有限元分析方法，研究了不同孔狀結(jié)構(gòu)(包括隨機孔狀結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、手狀結(jié)構(gòu)和BCC晶格結(jié)構(gòu))的多孔金屬玻璃的力學(xué)性能和變形機制。

本文結(jié)果表明，多孔金屬玻璃的結(jié)構(gòu)特征對其力學(xué)性能有較大影響，增大孔隙度梯度會降低隨機孔狀結(jié)構(gòu)金屬玻璃的屈服強度和楊氏模量。蜂窩結(jié)構(gòu)、手狀結(jié)構(gòu)和BCC晶格結(jié)構(gòu)的多孔金屬玻璃都具有可觀的屈服強度，但楊氏模量相差較大。應(yīng)變軟化行為導(dǎo)致周期性孔狀結(jié)構(gòu)金屬玻璃的能量吸收能力弱于隨機狀結(jié)構(gòu)。從能量吸收效率和理想效率來看，蜂窩結(jié)構(gòu)金屬玻璃和均勻多孔金屬玻璃具有最為優(yōu)異的吸能性能。同時本文結(jié)果進一步表明，不同孔狀結(jié)構(gòu)金屬玻璃表現(xiàn)出不同的變形行為，通過改變孔狀結(jié)構(gòu)可以獲得更高的屈服強度、楊氏模量、能量吸收能力和不同的變形行為。本文的研究結(jié)果促進了孔金屬玻璃材料和多孔金屬玻璃基復(fù)合材料的設(shè)計和開發(fā)。（文：Keep real。）

圖1. 相同孔隙率和寬度的多孔金屬玻璃幾何模型: a) 均勻隨機孔狀結(jié)構(gòu); b)隨機孔狀結(jié)構(gòu)，孔隙度梯度為5%; c) 隨機孔狀結(jié)構(gòu)，孔隙度梯度為8%; d)蜂窩結(jié)構(gòu); e)手狀結(jié)構(gòu); f) BCC晶格結(jié)構(gòu)。

圖2. 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮測試條件下固定孔隙率為80%的不同孔狀金屬玻璃的應(yīng)力-應(yīng)變曲線： a)隨機孔狀; b)周期孔狀結(jié)構(gòu)。

圖3. 不同孔狀金屬玻璃的能量吸收效率-應(yīng)變曲線。

圖4. 不同孔狀金屬玻璃的能量吸收能力-應(yīng)變曲線。

圖5. 不同孔狀金屬玻璃能量吸收效率-應(yīng)變曲線: a)能量吸收效率; b)理想能量吸收效率。

圖6. 隨機孔狀模型的變形過程: a)均勻孔隙率; b) 5%孔隙度梯度; c) 8%孔隙度梯度。