大块金属玻璃(非晶态合金)由于具有极高的强度、硬度、断裂韧性、良好的抗疲劳和耐腐蚀等许多优异的力学、物理和化学性能，在国防、航空航天等领域显示出广阔的应用前景，被称为新一代空天结构材料。美国军方已计划将大块金属玻璃用于环保型动能穿甲弹、M-1坦克等武器上；美国航天局已将此类材料成功用于“起源号”宇宙飞船并计划用于火星探测器的钻头。目前，欧美及日本等相继投入巨额经费进行研究。 已有的研究表明，金属玻璃在常温(室温)下的塑性变形以极易形成局部化剪切带为主要特征。剪切带的形成及相互作用控制着金属玻璃许多宏观力学行为，例如，低的拉伸延性、屈服与断裂偏离经典的von Mises准则和Tresca准则、“锯齿”状不稳定塑性流动现象等。因此，揭示金属玻璃剪切带形成与控制机制，无论是对于增进此类材料塑性不稳定行为的认知，还是推进其工程应用，都极为重要。这方面的研究一直受到该领域国内外学者的极大关注，并已进行了大量的探索。然而，现有的研究对金属玻璃中剪切带的形成机理还很不清楚，并且存在相当尖锐的争议，即自由体积软化假说和绝热软化假说。因此，理清金属玻璃剪切带形成机制与真实物理图像是力学和材料科学工作者迫切希望解决的问题。 力学所戴兰宏研究员课题组对金属玻璃剪切带形成机理进行了系统研究，取得系列新的进展：(1)实验确定了不同载荷条件下金属玻璃中“锯齿”状塑性流动与剪切带形成数密度之间的规律：低应变率下剪切带形成的数密度小，“锯齿”状塑性流动明显；高应变率下剪切带形成的数密度大，“锯齿”状塑性流动不明显；说明大量剪切带的同时形成抑制了“锯齿”状塑性流动的形成，具有明显的应变率效应。(2)首次观察到了准静态压缩载荷下剪切带的相互交割形成纳微尺度的空洞和微裂纹以及剪切带“刻蚀”现象，说明准静态下自由体积的增加对剪切带的形成有重要的影响。(3)对比研究了静、动态载荷下金属玻璃剪切断口形貌，在动态下的断口以观察到了大量的熔化现象，并基于功热转换和观察到的剪切带内应变大小，估计了剪切带内的温升高达2000K，远超过其熔点，表明绝热温升可能对金属玻璃剪切带的形成产生影响。(4)建立了金属玻璃热粘塑性剪切流动的控制方程，并对绝热剪切进行了稳定性分析，得到了具有明确物理内涵的绝热剪切失稳判据，该判据由一个反映自由体积聚集速率过程和自由体积扩散速率过程相互竞争的无量纲Deborah数来表征。对控制性失稳模式特征时间尺度的深入分析表明，在动态高应变率下， 剪切带的形成不仅与自由体积软化有关，同时还与绝热软化密切相连，绝热软化通过影响自由体积聚集和扩散两个速率过程来对剪切带的形成发挥作用。 而在准静态应变率下，剪切带的形成主要由自由体积软化控制，而与绝热软化关系不大。这些工作初步澄清了自由体积软化和绝热软化对金属玻璃剪切带形成的作用机制，对于进一步深入理解金属玻璃剪切带形成的真实物理图像具有重要价值。 相关工作已发表在国际期刊 Applied Physics Letters，2005，87： 141916-1-3；Journal of Non-Crystalline Solids, 2005， 31：3259–3270；Material Chemistry & Physics, 2005,93: 174–177；Intermetallics, 2005, 13 : 827–832。 . 本项工作得到国家自然科学基金重点项目、自然科学基金面上项目及北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金的联合支持。 LNM供稿