金屬玻璃（Metallic Glass）

金屬玻璃（Metallic Glass）
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

金屬或合金在融熔狀態下緩慢冷卻，得到的是晶態金屬或晶態合金。如果在融熔狀態下以極高的速度驟冷（冷卻速度為 10⁶ K/s），因原子來不及有序化排列，形成的是非晶態金屬或合金，這種結構與玻璃的結構極為相似，所以稱為金屬玻璃。普通玻璃是矽酸鹽或矽的氧化物，它們的顯著特點是脆而透明；而金屬玻璃與普通玻璃則相反，它們是韌而不透明的。

傳統金屬材料都是以晶態存在，在20世紀50年代，科學家從電鍍膜上發現了非晶態合金的存在，60年代利用激光法從液態獲得非晶態的金–矽（Au-Si）合金，70年代後開始採用熔體旋轉急冷法製備非晶薄帶，作為金屬材料的非常規結構形態。非晶態金屬與合金，顯現出一些特異的性質，引起人們極大的興趣，而成為金屬材料的一個新領域。

金屬玻璃與晶態金屬相比，雖然化學成分相似甚至相同，但由於結構不同，無論在力學、電學、磁學及化學性質等方面都有一定的獨特之處，其強度和硬度都比現有的一般晶態金屬高，在具有高強度的同時還具有高韌性。如Fe₂₀B₂₀的硬度高達10790 MPa，強度高達3630 MPa，與最好的冷拉鋼絲相當。金屬玻璃的電砠率溫度係數比晶態合金要小而且可以為零或負值，這使它在一些儀表測量中具有廣泛的應用前景。金屬玻璃磁性材料具有高導磁率、高磁感、低鐵損（即空載損耗）等特性，可以應用於功率變壓器、磁芯材料、磁分离、磁屏蔽、磁頭中。

美國的金屬玻璃專家盧博爾斯基曾估算過，如果將目前美國使用的電力變壓器和電機的矽鋼片換成金屬玻璃，由於能量損耗降低，能耗費用可由每年的18億美元降為8億美元。金屬玻璃具有非常強的防腐蝕性能，如當非晶態合金中有一定含量的鉻（Cr）和磷（P）時，就具有極高的抗腐蝕能力。這是由它在結構和化學上高度均勻的單相特點決定的。因為非晶態合金沒有晶態合金的晶粒、晶界、位錯、雜質偏折等缺陷，而這些缺陷密集處往往具有高活性，引起腐蝕成核的作用，容易引起局部腐蝕。因此，非晶態合金將不會發生局部腐蝕而是形成“均勻”的鈍化膜，這就是它有很高的抗腐蝕能力的原因所在。

金屬玻璃作為一種新型的金屬材料，具有許多優良的特異性能，而且大部分金屬玻璃態是直接由液態急冷凍而成的；製作流程簡單，生產成本低、原料便宜、成本低廉，因此金屬玻璃是一種有廣闊應用前景的新型材料。