Bulkmetallische glascomposieten (BMGC's) die in-situ gevormde β-Ti-dendrieten bevatten, zijn veelbelovend voor veel toepassingen. Echter, het blijft een uitdaging om hun microstructuren en mechanische eigenschappen effectief af te stemmen voor toepassing.

Onlangs, Assoc. Prof. Zhang Long en Prof. Zhang Haifeng van het Institute of Metal Research (IMR) van de Chinese Academie van Wetenschappen en hun medewerkers ontdekten dat wanneer de in-situ β-Ti een marginale metastabiliteit heeft, de BMGC's vertonen duidelijke gekartelde manieren in de spanning-rekcurves. Dit is heel anders dan het eerder gerapporteerde spanningsgedrag van BMGC's, maar vergelijkbaar met het compressiegedrag van monolithische BMG's.

Deze bevindingen zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 28 juli.

Uniaxiale trekproeven toonden aan dat deze BMGC was gebroken in een afschuifmodus. In de microstructuur van de gebroken monsters, vervormingsbanden penetreerden zowel de β-Ti-dendriet als de lokale glasachtige matrix.

TEM-karakterisering toonde aan dat de vervormingsband met een dikte van ~10 nm in de β-Ti dendriet voornamelijk bestond uit ω-Ti, wat suggereert dat de β-fase tijdens vervorming naar de ω-fase is overgedragen.

De dikte van de ω-band was vergelijkbaar met die van de afschuifbanden in de glasachtige matrix, wat een continue overdracht van spanningen tussen de afschuifband en de ω-Ti-band impliceert.

Daarom, het waargenomen kartelgedrag van de BMGC onder spanning kwam voort uit dit nieuwe plastische vervormingsmechanisme:het coöperatieve afschuifmechanisme bestaande uit een afschuifband in de glasachtige matrix en een -Ti-band in het metastabiele β-Ti dendriet.

Het glijden van de drie gedeeltelijke dislocaties op drie opeenvolgende {112} vlakken bracht de β-fase over in de ω-fase, vanwege de lagere vrije energie van de ω-fase in vergelijking met de metastabiele β-fase. Daarom, dit coöperatieve afschuifmechanisme was sterk relevant voor de metastabiliteit van de β-fase.

De coöperatieve afschuifgebeurtenis bestaande uit de afschuifband en de ω-Ti-band veroorzaakte een afschuiflawine in het lokale gebied van een enkele dendriet (met een schaal van enkele tientallen micrometers), maar het werd tegengehouden door de aangrenzende β-Ti-dendrieten met verschillende kristallijne oriëntaties. Dit komt omdat er een veel hogere spanning nodig is om andere, anders georiënteerde β-Ti-dendrieten binnen te dringen. De herhaling van activering en arrestatie van de coöperatieve afschuifgebeurtenissen zorgt ervoor dat de kartels van BMGC's onder spanning komen te staan.

De ontdekking van de coöperatieve afschuifkracht bestaande uit een afschuifband in een glasachtige matrix en een ω-band in β-Ti dendriet verrijkt niet alleen de vervormingsmechanismen van BMGC's, maar biedt ook de fundamentele basis voor het ontwikkelen van BMGC's met hoge energieafgifte met trekplasticiteit en shear-fracture-modus.