非晶态合金动态断裂不稳定及其内在机理研究

非晶态合金作为新型结构材料已经在国防、空天等众多高新技术领域显示出广阔的应用前景。与传统脆性材料的动态断裂相比，非晶态合金由于兼具玻璃态和金属键双重特性导致其动态断裂行为更具复杂性和多样性，比如断裂面"镜区"出现的独特纳米尺度周期条痕、反常的韧脆转变以及多种类型的断裂不稳定现象等。但是，人们对非晶态合金动态断裂的认知还十分缺乏，其中的关键问题是动态断裂过程中的不稳定行为及其内在机理。为此，本项目拟以实验研究和理论分析相结合，系统深入地研究块体非晶态合金的动态裂纹扩展的动力学过程；进一步考察此过程中断裂斑图的演化序列及其定量表征；最后分析断裂过程中的不稳定行为，并揭示其背后的能量耗散机制。本项目研究将有助于丰富和发展动态断裂力学的经典理论，为推进非晶态合金材料的工程应用提供有益的参考价值。

非晶态合金兼具玻璃态和金属键双重特性。这类无序材料的动态断裂行为极大地挑战了人们基于传统晶态材料断裂机理的认知。为此，本项目结合实验和理论分析，深入地研究了非晶态合金的动态断裂行为及其内在机制。针对一种典型锆基非晶态合金材料，拟定的主要研究内容：（1）动态裂纹扩展的动力学过程；（2）动态断裂的不稳定行为；（3）断裂过程的能量耗散机制。以上拟定的研究目标及研究内容现已按计划完成。本项目研究工作取得的主要进展和成果如下：（1）通过“帽形”试样的动态加载技术，实现了I型裂纹的动态扩展，得到了极限裂纹扩展速度，阐明了裂纹分叉不稳定和路径稳定机制；（2）建立了裂纹过程区的动力学模型，得到了动态裂纹在过程区内的临界耗散能，并提出了非晶态合金的剪切带韧性概念；（3）基于低温冷却在位加载技术，观察到显著的断裂韧脆转变现象，提出了原子团簇运动从剪切转变区向拉伸转变区的转变是非晶合金断裂的韧脆转变机制；（4）在势能形貌理论框架下，揭示了真实断裂强度与理论上限之间的差异起源于原子团簇运动的构型软化和热振动软化。