北京科技大学教授最新论文发表

冯培忠，男，1976年生，工学博士。 2007.03博士毕业于北京科技大学材料科学与工程学院材料学专业。 2007.04调入中国矿业大学材料科学与工程学院工作。 曾经参与导师曲选辉教授国家973计划、国家杰出青年基金项目等多项科研工作，以第一作者发表论文20余篇，合作发表论文10余篇，获得国家发明专利3项。本科毕业被评为中国矿业大学“优秀毕业生”、硕士期间多次荣获中国矿业大学“优秀学生”称号、于2002年被评为“江苏省优秀研究生会干部”。博士期间荣获“北京科技大学首届研究生学术论坛优秀论文奖”，并多次荣获北京科技大学“优秀三好研究生”称号。 目前主持教育部“高等学校博士学科点专项科研基金”、中国矿业大学博士启动基金和企业委托课题各一项。参与山东省中小企业创新基金和科技部中小企业创新基金各一项。 近年来主要围绕高温材料MoSi2展开研究，对于MoSi2物理和力学性能的提高进行了深入而广泛的探讨，主要专注于MoSi2发热材料的研究。以自蔓延高温合成的MoSi2为原料，通过添加粘结剂，最后获得了温度达到1800℃的MoSi2发热材料，所得研究成果引起了相关行业的广泛关注。 制备的MoSi2发热元件在氧化性气氛和其他特殊气氛中表现优异，得到中钢集团洛阳耐火材料研究院、日本TDK（大连、厦门）等公司的认可；制备的硅片快速热处理炉专用复杂形状MoSi2发热部件得到日本日立、夏普等公司的认可。 目前给本科生讲授《工程材料与成形技术》和《工程材料》等课程，已发表教学论文2篇。 主要学术论著 : MoSi_2发热元件的高温失效行为分析 Self-propagating high temperature synthesis of MoSi_2 matrix composites 陶瓷矿物改性MoSi_2发热元件的组织结构和性能 Low-temperature oxidation behavior of MoSi_2 powders 二硅化钼发热元件的多样化及其发展趋势 MoSi_2基复合材料的高温裂纹自愈合行为 Effect of the composition of starting materials of Mo–Si on the mechanically induced self-propagating reaction Mechanically activated reactive synthesis of refractory molybdenum and tungsten silicides

在 块状金属玻璃(BMGs) 中引入更松散的原子堆积区域，可以促进塑性变形，使BMGs在室温下更具延展性。在此， 来自北京 科技 大学的吕昭平等研究者，提出了一种不同的合金设计方法，即掺杂非金属元素形成密集的填充图案。 相关论文以题为“Substantially enhanced plasticity of bulk metallic glasses by densifying local atomic packing”发表在Nature Communications上。

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块状非晶玻璃从液态继承了无序的非晶结构。由于缺乏作为低势垒变形载体的晶体缺陷，如位错和堆垛缺陷，BMGs通常比它们的晶体对应物更强、更硬。然而，BMGs合金在室温下拉伸塑性极低，在载荷作用下往往发生灾难性破坏，严重阻碍了其广泛应用。与晶体相不同的是，BMGs的无序原子堆积不易定量描述，只有有限的方法来调整它们的结构-性能关系。因此， 调整BMGs的力学性能以克服其室温脆性，一直是一个长期存在的挑战。

在远低于玻璃化转变温度的BMGs中，塑性变形主要是由于局部扩散跃迁或被称为剪切转变区(shear transformation zone, STZs)的原子团簇的局部共同剪切事件，即一组原子共同克服了局部原子重排的能量势垒鞍点。 变形能力源于金属键合所固有的灵活性： 离域电子允许金属原子在彼此之间滑动而不受键合断裂的影响，而键合断裂有利于损伤而非剪切，例如在离子玻璃中。尽管局部剪切转变开始的位置仍然难以预测，但人们普遍认为，在BMGs中引入更松散的填充区域，可以有效地促进局部塑性事件。这些区域具有较高的局部势能，在加载时容易发生非弹性变形，表现为类液体行为。 因此，增加松散填充区域的数量，可以有效地提高BMGs的塑性。

这种材料设计路线，通过低温热循环或严重塑性变形等方法提高了BMGs的塑性，这些方法通常通过增加密度较低区域的可用性来增强结构波动。然而，目前大多数提高GMGSD塑性的方法，通常会由于引入更松散的填充区域而降低热稳定性和屈服强度。相比之下，松散填充区域的湮没通常被认为可以提高强度和硬度，并改善热稳定性，但往往会恶化塑性，正如BMGs中退火诱发的脆化所证明的那样。

在这里，研究者报告了一个新的设计概念，以改善BMGs的变形能力。研究者通过掺杂非金属元素(NMEs)来增加BMG的结构波动，这些元素具有较小的原子尺寸和与组成BMG的元素的混合负热 。研究者选择的候选元素是氧、氮、碳和硼，分别添加到Ti-、Zr-和Cu基BMGs中，同时，确定了特别合适的掺杂体系(范围从0.1%到0.3%)，因此，研究者观察到强度和延展性的显著提高。这可以归因于在非金属溶质周围形成的局部致密堆积区域(LDPRs)体积分数的增加，同时避免了脆性二次相的形成。这些LDPRs的邻近区域变得相对松散，从而增强了材料的结构波动，促进了局部剪切，极大地提高了材料的宏观塑性和韧性，并增强了强度。在热力学的指导下，根据与这些掺杂剂相关的适当的负混合热，该方法原则上是通用的，可以用于广泛改善MGs性能。

图1 基底与掺杂ZrTiHfCuNi BMGs材料的力学行为。

图2 基合金纳米压痕探针τmax的相对频率分布。

图3 研究了基合金和O0.2、B0.2、O0.3掺杂合金的低温比热容实验数据。

图4 低温下BMGs中γ弛豫的研究。

图5 基合金和O掺杂合金的局部原子堆积和剪切响应的MD模拟。

图6 增强BMGs结构异质性的两种方法示意图。

综上所述，目前的研究结果表明了如何通过不同的设计概念成功地克服BMGs的室温脆性。这是通过形成塑料顺应区，形成周围的密集填充团簇包含间隙掺杂剂。在这种方法中，小的间隙原子被称为“簇形成者”，因为它们体积小，热力学上的考虑，以及它们部分的共价键贡献。由此产生的结构不均一性的增加被证明是大幅度提高BMGs塑性的有效方法，在没有损失的情况下，而是在强度上增加。因此，适当掺杂氧、硼、碳、氮等NMEs，可以同时提高塑性、强度、热稳定性，甚至增强GFA。 这种组合在玻璃成型、可塑性、强度和成本之间取得了良好的平衡，为符合塑料和耐损伤的BMGs开辟了全新的合成、加工和应用范围。 （文：水生）