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一般来说，对结晶过程进行预测调控，有助于合成具有优异性能的块体非晶合金及纳米合金。对块体非晶合金在过冷液相区退火处理，可获得含有均匀分布的高密度纳米晶析出物的纳米复合材料。对于具有玻璃形成能力的合金系统，理解其非经典的结晶路径仍是非晶态科学中极具挑战性的课题。
近日，香港城市大学/香港城市大学深圳研究院的王循理教授与南京理工大学的兰司教授、北京科技大学的吕昭平教授等合作开展了相关研究工作，其研究成果以“Structure origin of a transition of classic-to-avalanche nucleation in Zr-Cu-Al bulk metallic glasses”为题发表在Acta Materiallia 上。该项研究使用了差示扫描量热法（DSC）、时间分辨原位中子衍射、高分辨透射电子显微镜等技术，系统研究了一系列不同玻璃形成能力的Zr-Cu-Al块体非晶合金的结晶动力学。实验结果表明：经等温退火，Zr-Cu-Al非晶合金出现了由经典形核到雪崩形核的转变过程。经典形核模式表现为Zr2Cu晶型产物连续形核长大过程；雪崩模式以形成大量复杂、低对称性的晶体结构为特征的Cu10Zr7型析出物。实验数据显示，在Cu10Zr7型晶体相形成之前会发生一个异常的放热现象，通过电子显微镜可在该位置观察到亚稳态的非晶/半晶体相。以上研究结果表明，亚稳相的形成可能会降低晶体形核自由能垒，激发雪崩形核过程。中子衍射的对分布函数分析进一步表明，短程团簇简单连接得到的中程序，可能有利于雪崩形核。
原位中子衍射和原位透射电镜共同揭示了不同玻璃形成能力和热力学行为的Zr-Cu-Al块体非晶合金的经典形核-雪崩形核转变。可将所研究的块体非晶合金分为两类：Zr2Cu型（非AEP型）和Cu10Zr7型（AEP型）。研究提出了AEP型Zr-Cu-Al非晶合金雪崩形核路径的结构起源。根据热力学计算，更高热稳定性的过冷液体中的Cu10Zr7产物，其形核驱动力要高于较低热稳定性的过冷液体中的Zr2Cu产物的形核驱动力，表明经典形核动力学受阻，因此促使AEP型Zr-Cu-Al块体非晶合金发生了雪崩型形核。实验结果揭示，对具有异常放热峰的Cu10Zr7型产物的块体非晶合金来讲，非晶/半晶体结构的中间体具有更低的形核能垒，表明雪崩形核可由非晶多形性相转变所激发。此外，亚稳相形成导致短程团簇的简单连接，在有序度降低的AEP块体非晶合金中形成晶相产物，或许有助于雪崩形核。
文章链接：S. Lan, Z. Wu, X. Wei, J. Zhou, Z.P. Lu, J. Neuefeind, X.-L. Wang, Structure origin of a transition of classic-to-avalanche nucleation in Zr-Cu-Al bulk metallic glasses（Acta Mater.，2018，DOI：10.1016/j.actamat.2018.02.028）
