趙巖：切削金屬玻璃的魔術師

 

　　這部1991年的科幻電影如今頻頻在全球上演“現(xiàn)實版”。

 

　　既可以柔若流水，又可以瞬間硬若精鋼，這就是液態(tài)金屬的魅力之處。它又稱非晶合金或金屬玻璃，由于其不同于晶體的特殊原子排列結構，表現(xiàn)出超高比強、大彈性變形能力、低熱膨脹系數(shù)等特異性能，受到各國科學家重視，成為當今最活躍的材料學研究領域之一，并孕育著繼鋼鐵、塑料之后的第三次材料工業(yè)革命。

 

　　上世紀80年代末以來，美國、日本、歐盟等都加大了對這一領域的支持力度，設立了相關重大研究項目。在整個國際上，掀起了一波追逐金屬玻璃的熱潮。

 

　　在這場材料工業(yè)革命浪潮中，涌現(xiàn)出了一群精英，趙巖是金屬玻璃切削加工領域的開創(chuàng)人之一,他極大地推進了金屬玻璃切削加工行業(yè)的技術步伐，受到國際材料界的高度認可，近日，記者專訪了這位年輕有為的科技精英。

 

　　填補國際空白

 

　　2012年起，在國家自然科學基金委等部門支持下，來自燕山大學的趙巖，帶著“金屬玻璃超精密加工及其剪切形變區(qū)的原子組態(tài)演化研究”項目研究團隊，向全球最熱門的金屬玻璃領域發(fā)起了科研攻關。

 

　　“我想通過切削將金屬玻璃加工成零件，因為切削在高效、高精度方面具有明顯優(yōu)勢，但是金屬玻璃硬度高，是典型的難加工材料，想馴服這匹烈馬，絕非易事，當時遇到的最大問題就是加工時刀具磨損嚴重，加工成本高。”趙巖給記者解釋道。

 

　　“我研究了金屬玻璃在切削刀具作用下的變形規(guī)律，掌握了這些規(guī)律，我們就解決了刀具磨損大的難題，同時還可以加工出表面質量更高的零件。”趙巖對記者道出了他的思路。

 

　　在國際學術界，金屬玻璃這位“鐵漢柔情”的宏觀脆性與微觀塑性之間本質關系一直是個謎。在切削加工這種大應力，高應變速率工況下的形變機制更是一個空白領域。而趙巖就是這樣一個喜歡拓荒的年輕學者。趙巖博學多思，創(chuàng)造性地利用磁控濺射鍍膜、金剛石超精密車削、分子動力學(MD)仿真等技術研究了金屬玻璃的超精密加工及其剪切形變區(qū)的原子組態(tài)演化規(guī)律。他率先建立了CuZr金屬玻璃超精密切削的MD仿真模型，總結出剪切區(qū)的溫度、應力分布以及切削能量分布規(guī)律，填補了國際空白。

 

　　趙巖首次確認了金屬玻璃具備在其玻璃轉變溫度區(qū)進行超塑性切削的可行性，為金屬玻璃在航空航天等極端工況條件下的工程應用提供理論奠定了重要基礎，為其實驗指導做出了重大貢獻。

 

　　趙巖是提出金屬玻璃成分配比的差異性對其超精密可加工性的影響機制的第一人，在國內外產生了廣泛的影響，為金屬玻璃超精密加工機理研究奠定了堅實的理論基礎。

 

　　“如果能夠利用激光輔助加工等措施，基于金屬玻璃在特定溫度區(qū)間具有超塑性的特點對其進行超精密切削加工，金屬玻璃將成為航空航天等領域極具應用價值的工程材料。”趙巖高興地對記者分享道。

 

　　獲國際材料界高度認可

 

　　金屬玻璃以其熔融后塑形能力、高硬度、抗腐蝕、高耐磨等特點，被認為是下一代微電子領域的可選材料。

 

　　因而，世界各國都熱衷于對金屬玻璃的研究。蘋果公司將其用作取卡針，HTC、三星、諾基亞等公司亦已經布局金屬玻璃的應用，國內個性化十足的OPPO、Vivo、華為等公司的部分終端已經使用金屬玻璃材質的SIM卡托槽。

 

　　正是在群雄爭霸的研究熱潮中，趙巖站在世界前沿，獨領風騷，他如天邊紅日噴薄而出，引來國際界的嘖嘖贊嘆：

 

　　2012年，趙巖發(fā)表的論文MDsimulationofchipformationinnanometriccuttingofmetallicglass首次提出了金屬玻璃納米尺度的剪切區(qū)內部材料流動為完全塑性的觀點，剪切區(qū)內未觀測到位錯等缺陷的產生，說明金屬玻璃的斷裂行為具有跟傳統(tǒng)晶態(tài)金屬完全不同的力學本質。其創(chuàng)新成果吸引了世界上最具權威性的三大檢索數(shù)據(jù)庫之一EICompendex，被EICompendex數(shù)據(jù)庫收錄。2014年該文被“AppliedPhysicsA:MaterialscienceandProcessing”和“AppliedSurfaceScience”兩個期刊中的論文引用。

 

　　截止2015年11月，趙巖在國際上和中國的專業(yè)學術期刊以及世界知名的學術會議上發(fā)表了17篇論文，其中9篇被EICompendex數(shù)據(jù)庫收錄。

 

　　2014年，在第十一屆設計與制造前沿國際會議上，趙巖發(fā)表了論文MolecularDynamicsSimulationofnanocrystallizationinNanometricCuttingofAmorphousCopper和InvestigationontheYieldCriteriaofCuttingBulkmetallicGlass，首度解釋了非晶銅在切削應力作用下的應力晶化現(xiàn)象，并提出了一種新型的材料屈服準則，認為該準則可以更好地反映金屬玻璃的形變本質。因其觀點新穎、見解深刻博得了美國、德國、英國、瑞典、意大利、加拿大等10個國家和地區(qū)的1200余名代表的贊譽，該會議被公認為設計與制造領域的高水平國際學術會議之一。