【大纪元2011年05月14日讯】（大纪元记者沙莉编译报导）比钢或钛还强，并且一样硬，金属玻璃是制作从手机到飞机制件的一种理想材料。现在，美国加州理工大学的研究人员已经开发出一种新技术，使用与生产塑料件相同的廉价生产过程制作金属玻璃制件。有了这个新方法，他们可以每秒以一百万度高温加热一块金属玻璃，然后在短短几毫秒内把它改造成任何形状。
1960年由加州理工大学首次发现了金属玻璃，后来约翰逊教授（William Johnson）领导的研究小组在90年代初以体状（in bulk form）生产了金属玻璃，它不像透明的窗玻璃，而是具有紊乱的玻璃原子结构的金属。常见的玻璃是坚固耐用且永久性不易变形，但容易开裂和破碎。金属材料往往是抵抗裂化和脆性断裂，但不够坚固耐用。金属玻璃，以特殊方式结合了玻璃的力量和金属的韧性。
研究人员表示，他们已经重新定义了处理金属的过程。这是一个冶金工艺的范式转移。约翰逊说，“我们采取经济的塑料制造工艺，将其应用到具有优越工程特性的金属上。”“我们以塑料件制作工艺制作廉价、高性能精准的近终化(net-shape)成形的金属制件，比塑料强硬20倍。”
用金属玻璃材料上制作制件时，需要加热材料，直到在大约500摄氏度时它达到玻璃相变阶段，材料软化变成粘稠液体，可以塑造和定形。在这种液体状态下，原子倾向于自由排列形成晶体。在熔融材料的原子有足够的时间发生结晶之前，需要将它冷却定型成固体玻璃，这样通过避免结晶使材料保持其非晶结构，从而达到坚固耐用。
熔融状态下普通窗玻璃和某些塑料需要几分钟到数小时或更长的时间形成结晶，有充足的时间来对玻璃进行塑造、定型、冷却和固化。然而对于金属玻璃，一旦被加热到粘稠的液体状态后几乎立即发生结晶。如何避免这种快速结晶是制作金属玻璃制件过程中的主要挑战。
此前，制作金属玻璃制件的过程是，首先将金属玻璃加热到结晶相熔点以上，一般超过1000摄氏度（摄氏度 = 开氏度 – 273.15），然后，把熔化的金属玻璃注入钢模具中，在结晶之前使其冷却。但是问题是，钢模具通常能够承受的温度只有约600摄氏度，因此，模具要频繁更换，使得制作过程相当昂贵。此外，在1000摄氏度时，液态材料流动性很好，往往发生飞溅或破裂，导致制件有缺陷。如果只将固体金属玻璃加热到大约500摄氏度，它能够达到与处理液态塑料相同的流动性。但热量在金属玻璃内扩散需要时间，等材料全部达到合适温度时，已经发生结晶了。
因此，研究人员尝试了新的策略：以极快速度加热和处理金属玻璃。约翰逊的研究小组发现，如果他们足够快，金属玻璃可以加热成为足以注入模具的液体，并在发生结晶前全部冷却。
为能够均匀迅速地加热材料，研究人员使用了一种叫做“欧姆加热”的技术。研究人员使用短促强化的脉冲电流，在约1毫秒内用约一兆瓦的电功率发出超过1000焦耳的能量（1焦耳=1瓦x1秒），电加热直径为4毫米长度2厘米的金属玻璃小棒，电热温度达到每秒1百万度。约翰逊说，“我们用比之前任何人至少快一千倍的速度均匀加热玻璃”。用大约只有半毫秒的时间达到合适的温度，软化的玻璃被注入模具，在以毫秒为单位的时间全部冷却。
为了展示新方法，研究人员加热一段金属玻璃棒到约550摄氏度，然后在不到40毫秒内将它塑造成环形。尽管是在开放式空气里制作，环形制品并没有流体和氧化缺陷。此外，这个工艺过程可以让研究人员在熔融状态下研究这些材料，这是前所未有的。例如，在发生结晶之间加热材料，研究人员可以研究毫秒时间尺度内的结晶过程本身。
约翰逊说，这项新技术“快速电火花成形”，已获得专利，正在开发商业化应用。2010年，他和他的同事成立了一家公司Glassimetal Technology，将这种塑料成型金属玻璃制作技术商业化。研究结果发表在5月13日发行的《科学》杂志上。
