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赵岩:切削金属玻璃的魔术师

发布时间:2015-12-31 浏览量:339 来源:东北网
  不少影迷都对电影《终结者2》中的液态金属机器人念念不忘,他身上的弹孔可以自动愈合,被砍伤的身体也能像水一样通过流动恢复到最初严丝合缝状态中去。他可以在液体与固体间任意变换,可以将其接触过的任何人或是肢体任意部分转变为刀一类的金属利器。
 
  这部1991年的科幻电影如今频频在全球上演“现实版”。
 
  既可以柔若流水,又可以瞬间硬若精钢,这就是液态金属的魅力之处。它又称非晶合金或金属玻璃,由于其不同于晶体的特殊原子排列结构,表现出超高比强、大弹性变形能力、低热膨胀系数等特异性能,受到各国科学家重视,成为当今最活跃的材料学研究领域之一,并孕育着继钢铁、塑料之后的第三次材料工业革命。
 
  上世纪80年代末以来,美国、日本、欧盟等都加大了对这一领域的支持力度,设立了相关重大研究项目。在整个国际上,掀起了一波追逐金属玻璃的热潮。
 
  在这场材料工业革命浪潮中,涌现出了一群精英,赵岩是金属玻璃切削加工领域的开创人之一,他极大地推进了金属玻璃切削加工行业的技术步伐,受到国际材料界的高度认可,近日,记者专访了这位年轻有为的科技精英。
 
  填补国际空白
 
  2012年起,在国家自然科学基金委等部门支持下,来自燕山大学的赵岩,带着“金属玻璃超精密加工及其剪切形变区的原子组态演化研究”项目研究团队,向全球最热门的金属玻璃领域发起了科研攻关。
 
  “我想通过切削将金属玻璃加工成零件,因为切削在高效、高精度方面具有明显优势,但是金属玻璃硬度高,是典型的难加工材料,想驯服这匹烈马,绝非易事,当时遇到的最大问题就是加工时刀具磨损严重,加工成本高。”赵岩给记者解释道。
 
  “我研究了金属玻璃在切削刀具作用下的变形规律,掌握了这些规律,我们就解决了刀具磨损大的难题,同时还可以加工出表面质量更高的零件。”赵岩对记者道出了他的思路。
 
  在国际学术界,金属玻璃这位“铁汉柔情”的宏观脆性与微观塑性之间本质关系一直是个谜。在切削加工这种大应力,高应变速率工况下的形变机制更是一个空白领域。而赵岩就是这样一个喜欢拓荒的年轻学者。赵岩博学多思,创造性地利用磁控溅射镀膜、金刚石超精密车削、分子动力学(MD)仿真等技术研究了金属玻璃的超精密加工及其剪切形变区的原子组态演化规律。他率先建立了CuZr金属玻璃超精密切削的MD仿真模型,总结出剪切区的温度、应力分布以及切削能量分布规律,填补了国际空白。
 
  赵岩首次确认了金属玻璃具备在其玻璃转变温度区进行超塑性切削的可行性,为金属玻璃在航空航天等极端工况条件下的工程应用提供理论奠定了重要基础,为其实验指导做出了重大贡献。
 
  赵岩是提出金属玻璃成分配比的差异性对其超精密可加工性的影响机制的第一人,在国内外产生了广泛的影响,为金属玻璃超精密加工机理研究奠定了坚实的理论基础。
 
  “如果能够利用激光辅助加工等措施,基于金属玻璃在特定温度区间具有超塑性的特点对其进行超精密切削加工,金属玻璃将成为航空航天等领域极具应用价值的工程材料。”赵岩高兴地对记者分享道。
 
  获国际材料界高度认可
 
  金属玻璃以其熔融后塑形能力、高硬度、抗腐蚀、高耐磨等特点,被认为是下一代微电子领域的可选材料。
 
  因而,世界各国都热衷于对金属玻璃的研究。苹果公司将其用作取卡针,HTC、三星、诺基亚等公司亦已经布局金属玻璃的应用,国内个性化十足的OPPO、Vivo、华为等公司的部分终端已经使用金属玻璃材质的SIM卡托槽。
 
  正是在群雄争霸的研究热潮中,赵岩站在世界前沿,独领风骚,他如天边红日喷薄而出,引来国际界的啧啧赞叹:
 
  2012年,赵岩发表的论文MDsimulationofchipformationinnanometriccuttingofmetallicglass首次提出了金属玻璃纳米尺度的剪切区内部材料流动为完全塑性的观点,剪切区内未观测到位错等缺陷的产生,说明金属玻璃的断裂行为具有跟传统晶态金属完全不同的力学本质。其创新成果吸引了世界上最具权威性的三大检索数据库之一EICompendex,被EICompendex数据库收录。2014年该文被“AppliedPhysicsA:MaterialscienceandProcessing”和“AppliedSurfaceScience”两个期刊中的论文引用。
 
  截止2015年11月,赵岩在国际上和中国的专业学术期刊以及世界知名的学术会议上发表了17篇论文,其中9篇被EICompendex数据库收录。
 
  2014年,在第十一届设计与制造前沿国际会议上,赵岩发表了论文MolecularDynamicsSimulationofnanocrystallizationinNanometricCuttingofAmorphousCopper和InvestigationontheYieldCriteriaofCuttingBulkmetallicGlass,首度解释了非晶铜在切削应力作用下的应力晶化现象,并提出了一种新型的材料屈服准则,认为该准则可以更好地反映金属玻璃的形变本质。因其观点新颖、见解深刻博得了美国、德国、英国、瑞典、意大利、加拿大等10个国家和地区的1200余名代表的赞誉,该会议被公认为设计与制造领域的高水平国际学术会议之一。

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