论文摘要
自1999年（（Nature））杂志首先报道了水的强—脆转变特性以后,液体的强—脆转变现象就作为凝聚态物理领域中的前沿和热点问题被广泛关注。研究液体的强—脆转变特性不仅对于揭示玻璃转变本质和液体凝固特征具有重要的理论价值,而且在理解玻璃转变过程和晶化过程相互竞争的规律、提高金属液体的玻璃形成能力方面具有广阔的应用前景。由于金属玻璃通常是从过热熔体快速冷却得到的,因而从液相线以上温度到玻璃转变温度之间的整个温度范围内的液体动力学变化便成为揭示液体异常行为（例如强—脆转变特性）的一个重要突破口,这也是本论文研究的重点所在。首先以大块金属玻璃液体为研究对象,通过对液相线以上温度区间和过冷液相区内的液体动力学行为的探讨,系统地研究了大块金属玻璃液体中强—脆转变特性的普遍性和特殊性,定性、定量确定了大块金属玻璃液体的强—脆转变特性；其次以边缘金属玻璃液体为研究目标,探讨了边缘金属玻璃液体强—脆转变特性的普遍性及特殊性,分析了边缘金属玻璃与大块金属玻璃液体强—脆转变特性的差别,建立了强—脆转变特性与过冷液体脆性和玻璃形成能力的关系。研究结果显示,大块和边缘金属玻璃液体普遍存在明显的强—脆转变,定量性地描述为强—脆转变系数f大于1。基于描述液体动力学特性的Mauro-Yue-Ellison-Gupta-Allan （MYEGA）模型,提出了一个能够描述具有强—脆转变特性的液体黏性动力学行为的物理模型,对包括强性和脆性机制在内的液体动力学行为进行描述；探讨了金属液体强—脆转变与过热熔体脆性的关系,并研究了获得液体脆性的不同实验方法对金属液体强—脆转变的影响。主要研究内容如下：（1）研究了大块金属玻璃液体强—脆转变特性的普遍性、特殊性和定量表征。采用热力学和动力学方法在玻璃转变温度附近的过冷液相区和液相线以上温度区间对Gd、Pr、Sm、La和Ce基大块金属玻璃体系的液体脆性进行研究。探讨了大块金属玻璃液体的强—脆转变特性的普遍性和特殊性,分析了强—脆转变随合金成分的变化规律。得出的结论是强—脆转变普遍存在于大块金属玻璃液体中,其转变程度随合金成分而变化。根据液体脆性在液相线温度以上和过冷液相区内的表现差异确定了金属液体中强—脆转变强度的定量表征方法,即f等于m’/m,其中液体脆性系数m量化了Tg附近的过冷液相区内的液体脆性,液体脆性系数m’量化了Tliq以上温度区间的液体脆性。这种定量表征方法为金属液体强—脆转变特性的进一步研究奠定了基础。（2）研究了边缘金属玻璃液体强—脆转变特性的普遍性、特殊性、定量表征以及与过冷液体脆性之间的关系。通过热力学和动力学手段,在过冷液相区和液相线以上温度区间对Al-Ni-La、Al-Ni-Pr和Al-Ni-Nd三个合金体系共九种边缘金属玻璃的液体脆性分别进行研究,获得液体脆性系数m和m’。探讨了边缘金属玻璃液体的强—脆转变特性随合金成分的变化规律,研究了边缘金属玻璃液体中强—脆转变特性的普遍性及特殊性,发现强—脆转变是边缘金属玻璃液体的普遍特性。对边缘金属玻璃液体中强—脆转变特性进行量化表征,获得强—脆转变系数f。结合大块金属玻璃液体的强—脆转变系数,探讨了强—脆转变与过冷液体脆性和玻璃形成能力之间的联系。得出的结论是金属液体的强—脆转变系数f与过冷液体脆性系数m成反比例关系。对本文所研究的大块金属玻璃而言,强—脆转变系数越大,其玻璃形成能力越好；而对边缘金属玻璃而言,强—脆转变系数越小,其玻璃形成能力越好。（3）基于脆性和强性两种弛豫机制,提出一个适用于具有强—脆转变特性的液体的黏度模型。以MYEGA模型为基础,提出了一个广义黏度模型,即：其中η∞是极限高温处的黏度,T是温度,W1和W2分别是用于描述脆性相和强性相作用的权重系数,C1和C2是相应于脆性和强性两种机制的两个约束起始温度常数。该广义黏度模型不仅能够描述具有强—脆转变特性的液体的动力学黏度特性,同时也能够描述不具有强—脆转变特性的液体的动力学黏度特性。根据上述提出的广义黏度模型进行计算得到了金属液体的强—脆转变温度。得出的结论是金属液体强—脆转变发生在Angell画法上约化玻璃转变温度为0.61-0.81的范围,即（1.23～1.64）Tg温度处。（4）探讨了金属液体强—脆转变与过热熔体脆性的关系,并研究了获得液体脆性的不向实验方法对金属液体强—脆转变的影响。计算了Sm、La、Gd和Cu基大块金属玻璃液体以及Al基边缘金属玻璃液体的过热熔体脆性系数M,并与强—脆转变系数f进行比较。发现强—脆转变与过热熔体脆性有一定的关联,但并不存在严格的线性关系。以Sm、La、Pr、Gd和Cu基大块金属玻璃为研究对象,通过比较三点梁弯曲实验和热扫描实验测得的玻璃转变温度,发现两种方法测得的玻璃转变温度并不总是一致。不同大块金属玻璃液体在Tg处的黏度并非是同一个固定值,例如：1012 Pa.s几种大块金属玻璃在玻璃转变温度处的黏度平均值是1012.3 Pa.s这表明不同大块金属玻璃在玻璃转变温度时具有不同的原子运动的在阻力和结构重排的时间尺度。对采用动力学和热力学方法获得的过冷液体脆性系数进行比较,发现两种方法中玻璃转变温度的差别对液体脆性系数和强—脆转变系数影响不大。